JPS61721A - 異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は各種センサより得られる計測信号を基にして
計測信号に突発的に現れる異常もしくけ特異々信号を検
出する異常検出装置に関するものである。月下発電装置
等に取付けた振動加速度計の信号から装置の異常を検出
する場合を例として説明する。

〔従来技術〕

従来の振動加速度計の計測信号を用いた異常検出装置で
は主として振動のパワースペクトルの分布を求め、これ
から異常な周波数のスペクトル成分の存在を検出するよ
うな原理に基づくものであった。通常、このパワースペ
クトルの分布を求めるためにはアナログ的な共振回路を
設け、この共振周波数を手動によって変化させて共振電
圧のパワーを計測するような方法を用いていた。この方
法は装置に異常が発生したか否かということと、異常に
より発生する振動の周波数を見出すのにはよく適合して
いた。しかし異常の検出を計測信号の周波数スペクトル
分布によって行うために異常の検出を遅延なく行うこと
は困難であった。

この欠点を改良する手段として過去一定時間の計測信号
を基忙上記計測信号の振幅を調節する自動ゲイン調節器
によって上記計測信号の振幅の平均値が一定になるよう
に調節し、これをハールｆＨｏａｒ）変換と逆ハール変
換と組み合わせて計測信号の性質に応じて通過帯域が自
動的に変化するように構成した適応型の低域フィルタで
平滑し、この平滑値と計測信号との差を平均値０の雑音
とみ々して標本分散を計算し。

さらに上記平滑値を微分フィルタを通して微分すること
により異常点で発生する信号を強調し、この微分信号の
自乗を上記標本分散の値で除算して比を求めこの比が設
定した定数より大きければ計測信号の中に異常点で発生
した信号があると判定することにより装置の異常を検出
する方法があるが、上記自動ゲイン調節器が上記計測信
号の過去一定時間の振幅の平均値と上記計測信号との差
Ω絶対値を加え合わせて平均化した値を基に単にこれに
反比例させて上記計測信号の振幅を調節しているため、
センサのＤＣアンプの調整不良等によって上記計測信号
にＤＣ成分が重畳していると上記ＤＣ成分も振幅調節さ
れて大きさが変化し、その分だけ上記計測信号が波形歪
を起こし異常の検出がＤＣ成分によって左右されること
があった。

〔発明の概要〕

この発明は自動ゲイン調節器、適応型のフィルタ、微分
フィルタで構成される従来の異常検出装置に上記計測信
号の過去一定時間にわたる平均値を上記計測信号から引
くことによってＤＣ成分を除去するＤＣ除去フィルタを
付加し。

上記計測信号に重畳するＤＣ成分を除去し、これを上記
自動ゲイン調節器に人力することにより従来の欠点を除
去し、異常点の検出能力をさらに高めることを目的とし
ている。第１図は発電装置に取付けられた振動加速度計
の計測信号の一例を描いたもので図中Ｘは振動加速度計
の計測信号であり円（１）内に囲まれたパルス状の波形
が異常点において発生した信号の波形である。この発明
は計測信号の中のパルス状信号（１）を計測信号の振幅
の゛変動およびＤＣ成分に左右されずにかつ遅滞なく検
出しようとするものである。

〔発明の実施例〕

第２図はこの発明の一実施例を示したものである。なお
、計測信号はセンサの構成によってアナログ量、ディジ
タル量のどちらの形態もとりうるが、ここではアナログ
量の計測信号を入力する場合を例にとって説明するもの
とする。

図中（２）は振動加速度計からの計測信号Ｘを周期Ｔｓ
毎にディジタル信号Ｘ）（Ｋ変換するＡ／Ｄ変換器であ
る。ただしｋは時刻に−Ｔｓでの値であることを示して
いる。（３）はＤＣ除去フィルタであり現在から過去（
Ｉ−１）・Ｔ８時刻までの間の上記ディジタル信号Ｘｋ
ｓ　Ｘｋ−１＋・・・、）（ｋ＋１−Ｉを基に上記ディ
ジタル信号ｘｋに含まれるＤＣ成分を除去しＤＣ除去信
号Ｆｋとして出力する。ただしＩは正の整数で十分大き
な値とする。

（４１は自動ゲイン−筒器であり現在から過去（Ｊ＋Ｌ
−１）・Ｔ８時刻までの間の上記ＤＣ除去信号Ｆｋ、　
ｌ；”ｋ−１，・・・、Ｆｋ＋ｘ−ｘ−Ｌを基に上記Ｄ
Ｃ除去信号ｐｋの大きさを調節しＡＧＣ信号Ｑｋとして
出力する。ただしＪ、Ｌは正の整数でＪ〈Ｌとする。（
５）は上記ＡＧＣ信号Ｑｋを周期Ｔｌｌ毎Ｋ（Ｎ−１）
・Ｔｌｌまでの過去に渡り更新しながら記憶するデータ
バッファであり、現在値ＧｋをＦＮ、　Ｔｌだけ過去の
値をＦｓ−ｓ、さらにこのようにして（Ｎ−１）・Ｔｌ
だけ過去の値をＦＯとして記憶しこれらを出力する。（
６）は高速／・−ル変換器であり、上記データバッファ
（５）の記憶値Ｆｏ、　Ｆ■、・拳・、ＦＮ−ｓをハー
ル変換してノ１−ルスベクトルＣＯ，ＣＩ、・・・、Ｃ
Ｎ−５を出力する。

ただしＮは２のベキで与えられる正数であるＮ＝２ｆ１
）　　　　　　　・・・・・・・・・（１）（７）は階
段数決定器で、決定した適当彦正数Σを許容値として上
記ノ・−ルスベクトルＣｏ、　ＣＩ　。

・・・、ＣＩ１よシ下記に述べる一定の規則によるハー
ルスペクトルの部分列ｃｏ、　ＣＬ、・・・、　ＣＭ−
１を選択して出力すると共にそのときの２・−ルスペク
トルの部分列の次数すｈわち適応次数Ｍを表わす指数面
を出力する。このとき適応次数Ｍは２のベキであるとし
て指数面との間にＭ＝２　　　　　　　・・・・・・・
・・（２１の関係がある。々お上記適応次数Ｍは現在か
ら過去ｌＮ−１）・Ｔ８時刻までの間の上記ＡＧＣ信号
Ｑｋを階段状の関数で表現し７た近似計測信号の階段数
に相当している。捷だ選択された上記）・−ルスベクト
ルの部分列以外の残りのノ・−ルスベクトル、つまり高
次のノ・−ルスペクトルの自乗利金雑音成分の分散σ１
として出力する。（８）は高速逆ノ・−ル変換器であシ
上記ノ＼−ルスベクトルの部分列ＧＯ，Ｃ１，・・・、
ＣＩ１の逆ノ・−ル変換を行い現在から過去（Ｎ−１）
・Ｔ８時刻までの間の上記ＡＧＣ信号ＱｋをＭ個の階段
からなる階段状関数で近似した最適近似計測信号Ｆｏ、
　ＷＢ　−−−、Ｆ”−ｍ　１　ヲ計算シコノウチＦ”
−ｖ　ｌ　Ｗｉ−２をそれぞれ平均値Ｙｋ、　Ｙｋ−１
として出力する。（９）は上記高速ハール変換器（６）
１階段数決定器（７）及び高速逆ハール変換器（８）で
構成される適応型フィルタ、ａ鶴は微分フィルタで上記
平滑値ｙｋ、　Ｙｋ−１および指数面を用いて上記平滑
値Ｙｋの微分を計算し微分信号Ｗｋとして出力する。

＋１）１は判別器で上記微分信号Ｗｋの自乗値を上記階
段決定器（７）より出力される分散σ２と比較して判別
信号Ｄｋを出力する。以下第２図のそれぞれのブロック
の動作について数式と図により詳細に説明する。

第３図はＤＣ除去フィルタの構成を示したも？で１図中
Ｎ　Ａ＋　、　Ｍ　Ａ、　、・・・、ＭＡＩ−１はＮＤ
変換器（２１の変換周期毎Ｔ８に同期して記憶内容を更
新する記憶装置ｆ、ｃＡは定数■を記憶した記憶装置、
　Ａ　Ｄ　Ｄｓは加算器、ＳＵＢ＋は減算器。

Ｄ　Ｉ　Ｖｌは除算器で分母に当る入力は太線で示しで
ある。Ｘｋ＆−ｔＡ／Ｄ　変換器（２）の出力、Ｘト１
、Ｘｋ−２，・・・＋Ｘｋ＋ｘ−ｒ　はそれぞれ上記記
憶装置ＭＡＩ１ＭＡ１．・・・、ＭＡＩ−１に記憶され
ている値、■は上記記憶装置ＣＡに記憶されている値。

ＳＡＭは加算器Ａ　Ｄ　Ｄｔの出力、ＭＥＡｋは除算器
Ｄ　Ｉ　Ｖ＋の出力、Ｆｋは減算器Ｆｋの出力である。

このような構成において上記記憶装置ＭＡ１２１　Ｍ　
Ａ”−３＋・・・、ＭＡｔの内容はＡ／Ｄ変換器（２）
の変換周期Ｔｌ毎にとなりの記憶装置ＭＡ１−１　、　
Ｍ　Ａｌ−２，・・・、ＭＡｔＫこの順に順次移され記
憶装置ＭＡ＋にはディジタル信号Ｘｋが新たに記憶され
る。信号ｘｋと上記記憶装置Ｍ　Ａｓ　、　ＭＡ７．・
・・、ＭＡＩ−１に記憶された値Ｘｋ−１、Ｘｋ−２゜
・・・、　Ｘｋ＋１−ｒは加算器Ａ　Ｄ　Ｄｓ　　で加
え合わされて信号ＳＡＭとなり、さらに上記信号ＳＡＭ
は除算器Ｄ　Ｉ　Ｖｓにおいて記憶装置ＣＡに記憶され
た値工で除算されて信号Ｍ　Ｅ　Ａｋとなる。つまり記
憶装置Ｍ　Ａ＋　、　Ｍ　Ａｎ　、・・・、ＭＡＩ−１
）ＣＡ。

加算器Ａ　Ｄ　ＤＩ　、除算器Ｄ　Ｉ　Ｖｔ　Ｉｃ　ヨ
ッテＴ３１　式１ｃ示す計算がされる。

ＭＥ　Ａｋ　＝Ｉ　Ｓ　ＡＭ−”　（Ｘｋ　＋　Ｘｋ　
ｚ＋・・・・・・Ｉ ＋Ｘ　ｋ＋１−Ｉ　）　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・−＋３１これは過去（Ｉ−１）・１８時間のデ
ィジタル信号Ｘｋ、Ｘｋ−１，・・・ｌ　）（ｋ＋１−
ｔの平均値が信号ＭＦ：ＩＡｋとして計算されたことを
意味しており。

■を十分大きな値にとることにより超低域フィルタとし
て動作し、このとき信号Ｍ　Ｅ　Ａｋはディジタル信号
）（ｋのＤＣ成分を表わすことになる。次に減算器Ｓ　
Ｕ　Ｂｌによってディジタル信号Ｘｋから上記信号ＭＥ
Ａｋが引かれて（４１式に示す計算がされる。

Ｆｋ二Ｘｋ　−ＭＥＡｋ＝Ｘｋ　−−（Ｘｋ　＋　Ｘｋ
−１＋・・・・・・・・・＋Ｘｋ＋１−７１　　　　　
・・・・・・・川・・（４＋これはディジタル信号Ｘｋ
からこの中に含まれるＤＣ成分を引いた値が信号Ｆｋと
しで計算されたことを表わしている。結局このように構
成されたＤＣ除去フィルタでは上記ディジタル信号Ｘｋ
に重畳しているＤＣ成分が（３）式に示す平均値処理に
より信号ＭＥＡｋとして計算され。

さらに（４）式に示すように上記ディジタル信号Ｘｋか
ら上記ＤＣ成分を表わす信号ＭＥＡｋが引かれてＤＣ成
分の除去されたＤＣ除去信号Ｆｋが計算される。第４図
は上記ＤＣ除去フィルタによってＤＣ成分を除去した計
測信号の振幅の大きさを調節する自動ゲ゛イン調節器（
４）の構成を示したもので、Ｖ中ＭＢＩ　、　ＭＢｇ　
、　−、ＭＢＪ　１　。

及びＭ　Ｃ＋　９Ｍ　Ｃｔ　、　・・・９Ｍ　ＣＬ　１
はＡ／Ｄ変換器（２）の変換周期Ｔ８に同期して記憶内
容を更新する記憶装置、ＣＢ、ＣＣ，ＣＤはそれぞれ定
数Ｊ、Ｌ、Ｋを記憶した記憶装置、ＡＤＤｔ、ＡＤＤ３
け加算器、５ＵＢｖは減算器、ＳＤは入力した信号が負
のときに−１を正のときに１を出力する符号判別器、Ｃ
ＬＰＦｉ下限を値δ（但しδは定数）に飽和させるクリ
ッパ、　Ｍ　Ｕ　Ｌｌ　、　ＭＵＬｔ　ｌｄ、乗算器、
　Ｄ　Ｉ　Ｖ’ｓ　、　Ｄ　Ｉ　Ｖ！ｌ　、　Ｄ　Ｉ　
Ｖ４１ｄ　除算器で分母に当る入力は太線で示しである
。ＦｋはＤＣ除去フィルタ（２）の出力、　Ｆｋ−ｚ　
、　ｌ”ｋ−２。

・・・、Ｆｋ＋ｘ−Ｊはそれぞれ上記記憶装置Ｍ　Ｂｔ
　、　ＭＢｔ、・・・、ＭＢＪ−１に記憶されている値
＋　Ａ　Ｖｋ　ｓ　、　ＡＶｌｃ−２、−−−、Ａ　Ｖ
ｋ＋ｔ−Ｌ　Ｕ−ｔレ−’Ｆし上記記憶装置Ｍ　Ｃ１、
Ｍ　Ｃ，、・・・、ＭＣＬ−１）Ｃ記憶されている値、
Ｊ、Ｌ、にはそれぞれ記憶装置ＣＢ、ＣＣ、ＣＤに記憶
されている値（但しＫは定数とする。１　、ＳＸ、ＳＡ
Ｖはそれぞれ加算器ＡＤＤｔ、ＡＤＤ、の出力、ＭＥＢ
ｋ　、ＡＧｋ、Ｇｋ　けそれぞれ除算器Ｄ　Ｉ　Ｖｓ　
、Ｄ　Ｉ　Ｖｓ　、Ｄ　Ｉ　Ｖ４　Ｏ出力、ＡＶｋ、Ｇ
ｋはそれぞれ乗算器Ｍ　Ｕ　Ｌｔ　、　Ｍ　Ｕ　Ｌｔの
出力、ＦＧは符号判別器ＳＤの出力、ＣＧはクリッパＣ
ＬＰの出力である。このような構成において上記記憶装
置Ｍ　ＢＪ−２１Ｍ　ＢＪ−３１・・・。

ＭＢＩの内容はＡ／Ｄ変換器（２）の変換周期Ｔ８毎に
となりの記憶装量Ｍ　ＢＪ−１、Ｍ　ＢＪ−２、・・・
、ＭＢ。

九この順に順次移され記憶装置ＭＢ＋にはＤＣ除去信号
ｐｋが新たに記憶される。

同様に記憶装置Ｍ　ＣＬ−２、Ｍ　ＣＩ、−ａ　、・・
・、ＭＣ＋の内容もＡ／Ｄ変換器（２）の変換周期Ｔ８
毎にとなりの記憶装置Ｍ　ＣＬ−１＠　Ｍ　ＣＬ−２１
・−・、ＭＣ５にこの順に順次移され記憶装置ＭＣＩに
は信号ＡＶｋが新たに記憶される。信号１”ｋと上記記
憶装置Ｍ　Ｂ＞　、　Ｍ　Ｂｔ　、・・−、ＭＢＪ−１
に記憶された値ｐ’に−１、Ｆｋ−２、・・・、ｐｋ＋
１−Ｊは加算器Ａ　Ｄ　Ｄｔで加え合わされて信号ＳＸ
となり、さらに上記信号ＳＸは除算器Ｄ　Ｉ　Ｖ、にお
いて記憶装置ＣＢに記憶された値Ｊで除算されて信号Ｍ
ＥＢｋ　　となる。つまり記憶装置Ｍ　Ｂ＋　、　Ｍ　
Ｂｔ　、・・・、ＭＢｘ−１，ＣＢ、加算器ＡＤＤ、、
除算器ＤＩＶＩＣよって（５）式に示す計算がされる。

Ｍ　Ｅ　Ｂｋ　＝”Ｓ　Ｘ＝’　（Ｆｋ　＋　Ｆｋ−１
＋・・・Ｊ １ｉ’に＋ｘ−ｓ）　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・（５）これは過去（Ｊ−１）・Ｔ１）時間のＤ
Ｃ除去信号Ｆｋ　、　Ｆｌｃｍｌ、　−、ｐｋ＋ｘ−Ｊ
　　の平均値が信号ＭＥＢｋとして計算されたことを表
わしている。

次に減算器Ｓ　Ｕ　ＢｌによってＤＣ除去信号ｐｋから
上記信号ＭＥＢｋが引かれて信号ＶＲとなりさらに信号
ＶＲの符号が符号判別器ＳＤにおいて判別されて負なら
ば一１正ならげ１の値をとる信号ＦＧが出力され、これ
と上記信号ＶＲとが乗算器Ｍ　Ｕ　Ｌｓにおいて乗算さ
れて上記信号ＶＲの絶対値がとられて信号ＡＶｋとなる
。つまシ減算器５ＵＢ１．乗算器Ｍ　Ｕ　Ｌｔ　、符号
判別器ＳＤによって（６１式に示す計算がされる。

Ａｖｋ＝　ｌ　ｒｋ−ＭＥ　Ｂｋ１ ＝１Ｆｋ弓１□Ｆｋ＋１−ｔト・・・・・（６）これは
ＤＣ除去信号Ｆｋと過去（Ｊ−１ｉ　・１８時間のＤＣ
除去信号Ｆｋ　、　ｌ”ｋ−１、・・−、Ｆｋ＋ｌ−Ｊ
の平均値との差の絶対値が信号ＡＶｋとして計算された
ことを表わしている。

同様に上記信号ＡＶｋは加算器Ａ　Ｄ　ＤＡによって上
記記憶装置Ｍ　Ｃｓ　、　Ｍ　Ｃｘ　、・・・、ＭＣＬ
−１に記憶された値Ａ　Ｖｌｃ−１，Ａ　Ｖｋ−２、−
、ＡＶｋ＋ｌ−Ｌ　、！：加え合わされて信号ＳＡＶと
なシ、さらに上記信号ＳＡＶは除算器Ｄ　Ｉ　ｖ＊にお
いて記憶装置ＣＣに記憶さねた値りで除算されて信号Ａ
Ｇｋとなる。つ壕り記憶装置ＭＣＩ　、　ＭＣ，、・・
・９ＭＣ’−’　＋　ＣＣ、加算器Ａ　Ｄ　ＤＡ　、除
算器Ｄ　Ｉ　ｖ、によって（７１式に示す計算がされる
。

Ａ　Ｇｋ−−Ｓ　ＡＶ＝”　Ｉ　ＡＶｋ　＋　Ａ　Ｖｋ
−ｓ　＋Ｌ　　　　　Ｌ ・・・・・・＋ＡＶｋ＋ｘ−ｒ、）　　　　・・・・・
・・・・・・・（７）これは過去（Ｌ−１）・１８時間
の信号ＡＶｋ。

Ａ　Ｖ＋１．−、　Ａ　’Ｓｈｃ＋５−Ｌ（７）平均値
が信号ＡＧｋとして計算されたことを示している。

ここで（６）式如示されるＡＶｋは上記計測信号Ｘの瞬
時的変化が表現されたもので、さらに（７１式に示され
る信号ＡＣｋは上記計測信号Ｘの瞬時的変化をＬ　−Ｔ
ｌ！時間にわたって平均化した信号を意味しており上記
計辿１信号Ｘの平均振幅を示している。

り’Ｊ　ｙバＣＬＰ、除算器Ｄ　Ｉ　Ｖ４　、乗算器Ｍ
ＵＬ、はとのようにして計算された信号ＡＧｋで上記Ｄ
Ｃ除去信号Ｆｌｃ會除算し、上記計測信号ＸのＬ　−１
８時間にわたる平均値が一定になるように上記計測信号
Ｘの振幅を調節するものである。

ただし上記信号ＡＧｋは０にならないようにクリッパＣ
ＬＰにおいて下限値をδ（但しδは定数）に制限されて
信号ＧＧとなシ、この信号ＧＧで除算器Ｄ　Ｉ　Ｖ４を
用いて上記ＤＣ除去信号Ｆｋ　１ｒ−除算することによ
り上記ＤＣ除去信号Ｆｋの大きさを調節し、さらに乗算
器ＭＵＬ、で定数Ｋが乗算されて最終的に上記計測信号
Ｘの平均振幅が一定になるように調整されたＡＧＣ信号
Ｑｋが計算される。これを式で表わすと（８）式のよう
になる。

Ｇｋ＝＝上・Ｋ　−Ｆｋ Ｇ 結局このように構成された自動ゲイン調節器（４）では
計測信号Ｘの振幅すなわちＤＣ除去信号Ｆｋの振幅が大
きい場合は信号ＡＧｋも＋６１　＋７１式より大きくな
るので（８）式より上記ＤＣ除去信号Ｆｋを信号ＡＧｋ
で割ったＡＧＣ信号Ｑｋの振幅は小さくなり、逆に計測
信号Ｘの振幅が小さい場合は信号ＡＧｋが小さくなり（
８）式よりＡＧＣ信号が大きくなる方向に調節されて上
記計測信号Ｘの振幅の平均値が一定になるように調節さ
れる。つ壕りＡＧＣ信号Ｑｋは（９）式に示すように過
去（Ｊ十Ｌ−１）・１８時間のＤＣ除去信号ｐｋ、Ｆｋ
−１，・・・、　Ｆｋ＋ｔ−Ｊ−１，を変数とした関数
によって上記計測信号Ｘの振幅の平均値が一定になるよ
うに調節される。

Ｇｋ”’＝　ＡＧｋ　（Ｆｋ、　ｐ’に−１、・・・、
Ｆｋ＋ｔ−ｙ−Ｌ”ｋ−（９１ここでもし上記自動ゲイ
ン調節器（４）の前にＤＣ除去フィルタ（３１が付いて
ないとすると上記計測信号ＸにＤＣ成分が重畳している
場合には（９）式に対応するＡＧＣ信号ＧＤｋは開式の
よう釦表わされ、この式の第２項に示されるようにＤＣ
Ｃ成分上ゲイン調節される結果、大きさが変化し波形歪
の成分になるが、この発明ではＤＣ除去フィルタ（３）
で予めＤＣＣ成分上豫り除かれているため上記のような
波形歪を防ぐことができる。

・　（Ｆｋ＋Ａ） ・・・・・・・・・ａ（１ （但しＡはＤＣ成分を表わす定数、ＦＤｋ＝Ｆｋ＋　Ａ
　、　Ｆ　Ｄｅｃ−１＝Ｆｋ−＋　＋　Ａ　、・・・、
　Ｆ　Ｄｋ＋５−Ｊ−ｔ、　＝Ｆｋ＋１−Ｊ−Ｌ　＋　
Ａ　） 第５図はこの様子を示したもので図中（ａ）、（ｂ）は
自動ゲイン調節器（４）の前にＤＣ除去フィルタ（３１
がない場合とある場合についてそれぞれディジタル信号
ＸｋにＤＣ成分Ａが重畳していない時と１重畳している
時のＡＧＣ信号Ｑｋを表わしたものである。

結局、ＤＣ除去フィルタ（３）と自動ゲイン調節器（４
）によって上記計測信号Ｘの振幅の平均値が一定になる
ように、しかもＤＣ成分によって波形歪を生ずることな
く調節されるため、上記ＡＧＣ信号Ｑｋを入力とする適
応型フィルタ（９）も上記計測信号の変動に左右される
ことなく、かつＤＣ成分に左右されずに上記計測信号Ｘ
を平滑することができる。

次に適応型フィルタ（９）について説明する。なお、第
６図は階段状関数による計算信号の近似と平滑の原理を
説明する図である。

まずデータバッファ（５）に記憶された記憶値Ｆｏ　、
　Ｗｌ、…−，Ｖ’Ｎ−：ｘ　　　　−・・ｔｉＤ（タ
タｌ、　Ｆｏ　：ｒ　Ｇｋ−Ｎ＋１　、　ｖＩ　＝Ｑｌ
ｃ−Ｎ＋２　、−　。

ＶｉＮ−２−＝Ｑｋ−１，Ｖ’Ｎ−１＝Ｑｌｃ　）にＭ
個の階段からなる階段状関数を最小自乗法であてはめて
、その数列（階段の高さを示す数列）を Ｗｏ、　　Ｆｌ、　・・・・−、ＦＭ−１・・・・・・
・・・ａｚとすると近似誤差すなわち＋１））＋１２式
の数列間の誤差は０Ｈｕ）式で表わすことができる。

ただしＮ＝２”、Ｍ＝２ｍ及びｎけ正の整数でｎ　）　
ｍとする。

この場合数学的に明らかに任９式の不等式が成り立つ。

ＰＯ≧Ｐ１≧・・・・・・≧Ｐｍ　　　・・・・・−・
・・（ＵＳそこで許容値として正数Σを与えるとＰｍ≦
Σでしかも最も小さなｍが存在するのでこれを指数冒と
する。

−冨 Ｍ＝２　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（Ｉ
Ｑとすれば数列 Ｗｏ、　Ｗｌ、・・・・・・・、Ｆｉ−１・・・・−・
・・・ｔｉηは誤差ＰｍがΣ以下でしかも最も階段数の
少ない階段関数となり上記ＡＧＣ信号Ｇｋの現在から過
去（Ｎ−１＞・ＴＩＩまでの値を最適に近似した最適近
似計測信号Ｆｏ、　Ｗｌ、・・−、ＦＭ−１が得られる
。この最適近似計測信号ＦＯ，Ｆｌ、・・・・・。

ｉ−１のうち現在値昨−１およびそれより一つ前の値Ｆ
Ｍ−ｓをそれぞれ平滑値Ｙｋ、　Ｙｋ−１としてデータ
バッファ（５）に配憶されるＡ　Ｇ　Ｃ信号Ｑｋ　が周
期Ｔｓ毎に更新される都度、上記最適近似計測（ｉ号％
’Ｏ，Ｆｔ、　−、ＦＭ−１ｆ計算し、平滑値Ｙｋ＋　
Ｙｋ　１を更、新すれば平滑値Ｙｋ、　Ｙｋ−１ｌ′ｉ
適応次数Ｍが小さいときにはＡＧＣ信号Ｇｋの変化を大
きく平滑した出力となるがＭが大きくなれば平滑の度合
いけ小さくなりＭ＝Ｎでは平滑値Ｙｋ、　Ｙｋ−ｔはそ
れぞれＡＧＣ信号Ｇｋ、Ｇｋ−１そのものになる。すな
わちデータバッファ（５）の出力Ｆｏ、　γ１．・・・
、ＦＮ−１に異常を示すパルス状信号（１）が無いとき
には適応次数Ｍは小さくなり雑音を大きく平滑するが、
パルス状信号（１）が含まれるときには適応次数Ｍは大
きくなって平滑効果が小さくなりパルス状信号ｆｉ＋が
そのまま出力される。つ壕りＡＧＣ信号Ｑｋはその特性
に応じて通過帯域の変わる一種の適応型フィルタに通さ
れることになり、遅延の少ない効果的なフィルタ処理が
達成される。

以上説明したようにデータバッファ（５）に記憶された
記憶値Ｆｏ、　　Ｆｌ、・・・、ＦＮ−１を近似する適
応型フィルタは高速ハール変換器（６）階段数決定器（
７）及び高速逆ハール変換器（８）によって構成される
。まず高速ハール変換器１６＋はデータバッファ（５）
に記憶された記憶値１０、Ｗｌ、・−、ＦＮ−１をハー
ル変換器てハールスペクトルＣＧ、　　ＣＩ、・・・。

ＣＮ−１を出力する。ここでハール関数Ｘけ区間ｒｏ、
ｔ〕において次のように定議される関数である。ｔを区
間〔０，１）の変数と１〜てｘｎ（ｔ）＝　１　　　０
≦ｔ≦１　　　・・・・・・０騰・・・・−・・・・・
・・α９ 第７図は（＋１６　（１）式のハール関数の一部を描い
たものである。このハール関数を使うと上記ＡＧＣ信号
Ｗｏ＋　Ｗｓ＋　−＋　ＦＮ−１ａＧ！Ｑ式テ表Ｍ、ｆ
＊ルコとか知られている。

・・−・−・・・・・・・・・・■ （ｊ　＝０．１．＝−、Ｎ−１：Ｎ＝２”）ここでｃｏ
、Ｃｚｌｄハールスペクトルであり上記ハールスペクト
ルＣｏ、　　Ｃａ、・・・、ＣＮ−１との関係はＣａ１
）式のようになる。

ｃ２ｎ−□＝ｃｎ（２ｎ−１） （１＝１．２．−＝、　ｎ　：　ｋ＝１．２．−−・、
　２Ｌ”）さらに■式を使って上記記憶値Ｆｏ、　　Ｆ
ｌ、・・・。

ＦＮ−ｔからハールスペクトルＣｏ、　ＣＬを求めるた
めに次の高速ハール変換を利用する。まず上記記憶値Ｗ
ｏ、　　Ｗｌ、・・−、ＦＮ−１を数列とみなして次の
漸化式を計算する。

ｉｏ＋ Ｆｊ−Ｆｊ　　　　　　　　　　　　、Ｉｊ＝０．１．
−、Ｎ−１）−Ｈ鰭−Ｗ釦゛ゝ＋Ｆｊ摺：） （ｐ−）、２．・・・、ｎｌ：ｑ＝＝Ｑ、ｔ、・・・、
２−１）・・・・・・・・・・・・（ハ） ついで得られた。、［０）、　、曾を使ってｆｎ−ｔｌ
ｌｎ−１） ２　　Ｃｏ　＝＝　Ｆｏ　　　−１−Ｆｌ　　　　　　
・・・・・・・・・・・・（財）　　　　−２・２・−
・。ｎ−！：：）＝　Ｆｌ：””）−Ｆに：））８１０
０９．０Ｓ（ｒ＝１．２．−、ｎ；Ｓ＝Ｑ、１．−．２
　−１）喉式から数列ｃ、（２′Ｌｌ）、　、、、　、
　ｃ、、　ｃｏを逐次計算することによりＱＴＪ式のハ
ールスペクトルすなわちＣｏ、　　ＣＩ、　・＝、　Ｃ
ｎ−１が求められる。

このように高速ハール変換器（６）は■〜（ハ）式の演
算を行う機能を持っている。また数学的にであることが
知られている。したがってハールスペクトルＣｔが求め
られれば誤差／’ｍがあらかじめ定めた許容値εに対し
て Ｐｍ≦ε　　　　　　　　　・・・・・・・・・罰とな
る最小のｍである指数ｉを見出すことは容易に可能であ
る。

上記階段数決定器（７）は（イ）（５）式から上記許容
値８を下回る指数玉を求め、このときの誤差／’ｍを分
散σ３として出力すると共に上記指数門から（２）式に
示す次数Ｍを求め、上記次数Ｍに基づいてハールスペク
トルの部分列Ｃｏ、　　ＣＩ、・・−、ｃｙ−ｚを選択
して出力する。

つぎに高速逆ハール変換器（８）は上記ハールスペクト
ルの部分列ＣＯ，ＣＩ、・・−、ｃｉ７−ｓを逆ハール
変換してＭ個の階段状をなす数列Ｆｏ、　Ｆｌ、・・・
、　Ｆ）Ｊ−１を計算する。筐ず勿（ハ）式を変形して
Ｆｏｆｍ−１）＝よ（ＣＯ＋Ｃ’ｌゝ）・−・・・・・
・・（至）Ｍ ｑ、（ｍ−’　）　　＝　　　　　　（０（１０１’す
２Ｍ　　　　　　　　　・・・　翰 が得られる。逐次に）６１）式 ％式％ を計算すれば ！、＝ψ　＝ψ　　　（ｊ＝ｏ、ｔ、・・−・・、Ｍ−
１）ＩＪ ・・・　（至） によ多数列Ｖｙ、、Ｆ１．・・・・・・、’Ｑ−＋が得
られる。高速逆ハール変換器（８）はに）〜（２）式ま
での計算を実行してそのうちＦＭ−１・　−一２をそ扛
ぞれ平ｆｆｒｍＹｋｌＹ、−、トシテ出力スル。

次に微分フィルタαｑは上記高速逆ハール変換器（８）
の出力である平滑値Ｙｋ＋　Ｙｋ−ｘおよび上記階段数
決定器（７）の出力である指数系から微分信号ωｋをに
）式により計算する。

ｗｋ＝（ｙｋ−Ｙｋ−＋）／２　　・Ｔｓ　）　　・・
・　（至）但しｎは（り式で示される）゛１−ルスペク
トルの個数を定める値、またＴｓは計測信号Ｘをサンプ
ルするサンプル周期である。

判別器（ロ）は微分フィルタ顛の出力である微分信号Ｗ
ｋ及び階段数決定器（７）の出力である分散σ２を使っ
て計測信号Ｘに含まれる異常を示すパルス状信号（１）
を検出する。

データバッファ（５）に記憶された記憶値ψ０．ψ。

、状 、・・・・・・、カー１の中に異常を示すハルろ信号（
１）が無く雑音だけであれば上記平滑値Ｙｋ、Ｙｋ−１
は低周波のなだらかな信号となるためＹｋ、Ｙｋ−１か
ら求めた微分信号Ｗｋ　は小さくその自乗値をＵｋとす
るとＵｋは分散σ２のα倍の範囲に入る。これを式で表
わすと（至）式のようになる。ただしαは実験結果等か
ら定める定数である。

Ｕｋ〈ασ２　　　　　　　　　　　・・・　［有］逆
にデータバッファ（５）に記憶された記憶値ψ。、ψ１
．・・・・・・ψＮ−１の中に異常を示すパルス状信号
（１）がある場合には上記平滑値Ｙｋ”’に−１は急峻
なパルス状信号がそのまま出力されるのでその微分信号
Ｗｋも大きくなシしたがってその自乗値Ｕｋも大きくな
る。これを式で表わすと（至）式のようになる。

Ｕｋ≧ασ２　　　　　　　　　　　　・・・（至）そ
こで鏝式が成シ立つ間は上記記憶値ψ０．ψ□、・・・
・・・、ψＮ−１に異常を示すパルス状信号（１）がな
いとして判別信号り、＝　０とし逆に（至）式が成り立
つ時り、＝１として通知すれば上記記憶値ψ０゜ψ８．
・・・・・・ψＮ−１に異常を示すパルス状信号（１）
があるということが検出できる。しかも上記記憶値ψ０
．ψ１．・・・、ψＮ−１はＤｏ除去フィルタ（３）及
び自動ゲイン調節器（４）によって上記計測信号ＸのＤ
Ｃ成分によって波形歪を生ずることなく振幅の平均値が
一定になるように調節されたＡＧｋ Ｃ倍型；記憶されているので従来のように検出結果が計
測信号Ｘの振幅の変動及びＤＣ成分に左右されることが
なくなる。

このように判別器ＣＬ、）は微分信号の自乗値Ｕｋ及び
分散σ２を用いてｔ３４に）式の判断を行い計測信号Ｘ
に異常を示すパルス状信号（すが存在するか否かを表わ
す判別信号Ｄｋを出力する。第８図はこの様子を示した
ものでディジタル信号Ｘｋに対するＤＯ除去信号ＰＩ、
ＡＧＯ信号Ｇｋ、平滑値Ｙ２．微分信号当、微分信号の
自乗値Ｕ。

、分散σ２及び検出信号Ｄｋの概形を示すものである。

以上述べた如く、この発明によれば振動加速度式の計測
信号に含まれるＤｏ酸成分予め除去フィルタで除去して
から自動ケイン調節器に入力することによってＤＣ成分
によシ波形歪が生じないように上記計測信号の振幅の大
きさを一定に調節し９次にこの中に含まれる高周波雑音
をハール変換と逆ハール変換を組合せて構成した適応型
フィルタによって除去し、さらに微分フィルタによって
波形の急峻さを表わす微分信号を求めて異常点の有無を
判断するので上記計測信号の振幅の変動及びＤｏ酸成分
左右されることなく異常点の検出を行うことができる。

なおここでは実施例として振動加速度計を用いて発電装
置の異常を検出する例を示したが。

これに限らずあらゆる設備、装置あるいは自然現象の異
常検出に適用することが可能である。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通シ、自動ゲイン調筒器、適応
型のフィ々り、微分フィ々りで構成される従来の異常検
出装置に計測信号の過去一定時間にわたる平均値を上記
計測信号から引くことによってＤｏ酸成分除去するＤＣ
除去フィルタを付加して上記計測信号に重畳するＤＣ成
分を予め除去しておくことによって上記自動ゲイン調節
器でＤＣ成分による波形歪が生じないようにし異常点の
検出が上記計測信号の振幅の変動及びＤＣ成分に左右さ
れないようにして異常点の検出能力をさらに高めるとい
う効果がある。

ζ　図の簡単な説明 第１図は発電装置に設置された振動加速度計の計測信号
を示した図、第２図はこの発明の一実施例を示す図、第
３図はＤＣ除去フィルタ（３）の構成を示す図、第４図
は自動ゲイン調節器（４）の構成を示す図、第５図はＤ
ｏ除去フィヤタのＤＯ除去効果を示す図、第６図は階段
関数による計測信号の近似と平滑の原理を示す図、第７
図はハール関数の一部を示す図、第８図は計測信号に対
するＤＣ除去信号、ＡＧＯ信号、平滑値、微分信号、微
分信号の自乗値１分散、検出信号などの形状を示す図で
ある。

図中＋１）は異常を示すパルス状信号、（２）は〜Φ変
換器、（３）はＤｏ除去フィルタ、（４）は自動ゲイン
調節器、（５）はデータバッファ、（６）は高速ハール
変換器、（７）は階段数決定器、（８）は高速道ノ・−
ル変換器、（９）は適応型フィルタ、　（１）は微分フ
ィルタ、（ロ）は判別器、　ＭＡ□、ＭＡ、、・・・・
・・’　ＭＡＩ−１、ＭＢｌ、　ＭＢｚ　、・・・・・
・、　ＭＢＪ−１，ＭＯ□＋　Ｍ　Ｏ！　＋・・・・・
・、ＭＯＬ−、、ＯＡ、ＯＢ、００．ＯＤは記憶装置。

Ａ　Ｄ　Ｄ　１＋　Ａ　Ｄ　Ｄｔ、Ａ　Ｄ　Ｄ　３は加
算器、　　５ＵＢ１．５ＵＢｔは減算Ｎ＋　ＤＩｖｌ　
ｒ　ＤＩＶｓ　＋　ＤＩＶｓ　ｒ　ＤＩＶ４は除算器、
ＳＤは符号判別器、ＯＬＰはクリッパー。

ＭＵＬ、、ＭＵＬｘ　は乗算器である。なお図中同一あ
るいは相当部分には同一符号を付して示しである・

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）各種センサより得られる計測信号を入力とし、上
   記計測信号の過去一定時間にわたる平均値を上記計測信
   号から引くことによってＤＣ成分を除去するＤＣ除去フ
   ィルタと上記ＤＣ除去フィルタによってＤＣ成分を除去
   した計測信号を過去一定時間加え合わせて平均化した値
   を基に上記計測信号の振幅を調節する自動ゲイン調節器
   と、上記自動ゲイン調節器によって振幅を調節された計
   測信号を一定周期毎に更新しながら記憶するデータバッ
   ファと、上記データバッファの記憶値をハール（Ｈｏａ
   ｒ）変換して複数のハールスペクトルを計算する高速ハ
   ール変換器と、上記データバッファに記憶された計測信
   号と上記ハールスペクトルの部分列の逆ハール変換から
   得られる階段状の近似計測信号との誤差を分散として計
   算し、この誤差が設定した許容値を下回りしかも許容値
   に最も近くなるハールスペクトルの部分列を選択し、そ
   の次数を求める階段数決定器、及び上記選択したハール
   スペクトルの部分列を逆ハール変換して最適近似計測信
   号を計算する高速逆ハール変換器で構成し、上記データ
   バッファの記憶値が更新される毎に上記最適近似計測信
   号を計算し、これを平滑値として出力する適応型フィル
   タと、上記平滑値及び上記次数を入力して上記平滑値の
   微分信号を計算する微分フィルタと、上記微分信号の自
   乗を上記分散と比較する判別器とから成る異常検出装置
   。
2. （２）上記微分フィルタに代えて上記平滑値を入力とし
   、平滑値を自乗する自乗回路を設け、この平滑値の自乗
   値と上記分散とを比較して上記計測信号に突発的に現れ
   る異常もしくは特異な信号を検出する特許請求の範囲第
   （１）項記載の異常検出装置。
3. （３）上記自動ゲイン調節器が過去一定時間の標準偏差
   を基に上記計測信号の振幅を調節するように構成され、
   上記計測信号に突発的に現れる異常もしくは特異な信号
   を検出する特許請求の範囲第（１）項記載の異常検出装
   置。