(57)【要約】【課題】騒音下で、空気剥離などの異常音の波形を効率よく捕らえることができる異音検出器を提供する。【解決手段】騒音下で異常音を検知する検出器であって、前記異常音を検出する音響センサー３と、前記音響センサー３からの信号を入力して予め設定した周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルター６と、前記帯域通過フィルター６からの入力信号を時間的に分割し、ｔ時刻の値から（ｔ−１）時刻の値を差し引いた数値をｔ時刻の信号として出力する差分フィルター７と、を有する異音検出器。【選択図】図１
2006170674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音下で異常音を検知する検出器であって、
前記異常音を検出する音響センサーと、
前記音響センサーからの信号を入力して予め設定した周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルターと、
前記帯域通過フィルターからの入力信号を時間的に分割し、ｔ時刻の値から（ｔ−１）時刻の値を差し引いた数値をｔ時刻の信号として出力する差分フィルターと、を有することを特徴とする異音検出器。
【請求項２】
前記差分フィルターにおける信号処理は、前記帯域通過フィルターからの出力信号がスイッチング素子によりサンプリングされ、時間軸上の隣接する前後２点間の差をとることを特徴とする請求項１に記載の異音検出器。
【請求項３】
前記差分フィルターにおける信号処理は、ＡＤコンバータで信号処理された帯域通過フィルター出力データにフィルターの係数列を乗算加算する処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の異音検出器。
【請求項４】
前記帯域通過フィルターは、高域通過フィルターと低域通過フィルターとを、スイッチ素子を切換えて選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の異音検出器。
【請求項５】
前記異音が、自動車エンジンルーム、発電所の圧力容器、プラント等の配管のピンホールやクラックを原因として、気体又は液体の噴流から生ずるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の異音検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音下で検知した混合信号から異常音を検出する異音検知器に関する。詳しくは、周りの騒音下の中で測定した音の中からエア、ガス等の気体や液体の洩れ音（異常音）を検出する異音検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車のエンジンバルブなどの制御配管は、空気圧（管内は負圧）の高低を利用して他の部分の制御を連動させるものであるが、エンジンの振動や自動車の走行振動などで制御配管のチューブが振動で抜けたり、緩んだり、経年変化で劣化して差込み口付近で亀裂が生ずるなどで、その欠陥部分から空気が流入しバルブ制御等が乱れる不具合が生ずる。エンジン制御のためのコントロールはマニホールド負圧を利用して行っているが、ホースの劣化等によるコントロールの作動不良や二次空気の混入によってエンジンが不調になる。このような状態になった場合、自動車整備工場では、劣化箇所や不具合箇所を発見することが必要とされている。
【０００３】
従来、自動車整備工場などでは、エア洩れ等の漏洩検査の電子化が確率されていないために、アイドリング状態で長時間の音響、振動を元にする官能検査を余儀なくされている。しかし、自動車のエンジン作動から生ずる大きなエンジンルーム内の機構部騒音下では、制御配管の不具合に起因する可聴帯域における制御配管のエアの漏洩噴流音（異常音）はエンジンの騒音にマスキングされて人間の聴感では判定が不可能である。
【０００４】
そのため、例えば、エンジン回転中での雑多な音の中からリークテスターなどを用いて異常音（空気圧洩れ音）を聞き取って行っていた。リークテスターなどを用いた検査法において、配管などから気体が漏洩している異音を音響的に検出するにあたっては、パイプなどから気体の漏洩があると、パイプからの気体漏洩音とパイプ内を気体が流れるために生ずる背景音との混合音が生ずるので、混合音から気体の漏洩音を検出するために混合音から背景音を削除して行われる。
また、リークテスターなどを用いた検査では、異常音の超音波を拾う検知方法のため、エンジンなどのギヤ摩擦音から出る超音波など種々のノイズを予め除く必要から、エンジンを停止して、擬似的に負圧を発生させる方法を用いていた。
【０００５】
このような漏洩を観測するにあたって、従来から以下のような技術が開示されている。例えば、リーク検出用音響センサーと暗雑音消去用音響センサーで検出した信号をスペクトラム分析して、両者の差からリークを検出しているものがある（例えば特許文献１参照）。
また、プラントのパイプに漏洩音検出センサーとプラント騒音検出用センサーを設置して、プラント漏洩音検出センサー出力からプラント騒音検出用センサーの出力を除去する演算手段を設けてパイプの漏洩音を検出しているものがある（例えば特許文献２参照）。
さらに、配管の上流と下流に第一の音響センサーと第二の音響センサーを配管に設置又は非接触で配置して、両者のセンサーの出力差から配管からのリーク信号を得ているものがある（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１１０４３６号公報
【特許文献２】特開平１−２１３５３９号公報
【特許文献３】特開平１−１８７４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述した従来の漏洩観測法は、機械のギヤの擦れや剥離などでも超音波が発生し、制御配管の空気漏洩噴流音にも超音波の発生が観測されている点を無視して提案されているものであり、工場全体と自動車内部の騒音や乱反射振動の大きさなども考慮されておらず、相変わらず自動検査化が進んでいない。
【０００８】
そこで、本発明の異音検出器は、これまでの音響検査装置や超音波リーク検査器と異なり、騒音下で、空気剥離などの異常音の波形を効率よく抽出することを目的とするものである。
また、本発明は、可聴周波数から超音波まで幅広い周波数帯域で生ずるエンジンルーム内の機構部騒音下で、エンジンの動作から生ずる制御配管の空気漏洩噴流音の有無を検出して制御配管の欠陥有無を判定できる異音検出器を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、発電所の圧力容器、プラントの配管又は自動車エンジンルームの制御配管などの漏洩を測定にも適用できる異音検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の異音検出器は、騒音下で異常音を検知する検出器であって、前記異常音を検出する音響センサーと、前記音響センサーからの信号を入力して予め設定した周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルターと、前記帯域通過フィルターからの入力信号を時間的に分割し、ｔ時刻の値から（ｔ−１）時刻の値を差し引いた数値をｔ時刻の信号として出力する差分フィルターと、を有することを特徴とする。
請求項２に記載の異音検出器は、請求項１において、前記差分フィルターにおける信号処理は、前記帯域通過フィルターからの出力信号がスイッチング素子によりサンプリングされ、時間軸上の隣接する前後２点間の差をとることを特徴とする。
請求項３に記載の異音検出器は、請求項１又は２において、前記差分フィルターにおける信号処理は、ＡＤコンバータで信号処理された帯域通過フィルター出力データにフィルターの係数列を乗算加算する処理であることを特徴とする。
請求項４に記載の異音検出器は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記帯域通過フィルターは、高域通過フィルターと低域通過フィルターとを、スイッチ素子を切換えて選択することを特徴とする。
請求項５に記載の異音検出器は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記異音が、自動車エンジンルーム、発電所の圧力容器、プラント等の配管のピンホールやクラックを原因として、気体又は液体の噴流から生ずるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の異音検出器は、従来の音響検査装置や超音波リーク検査器と異なり、空気剥離の波形を効率よく抽出することができる。
また、本発明の異音検出器は、可聴周波数から超音波まで幅広い周波数帯域で生ずるエンジンルーム内の機構部騒音下で、エンジンの動作から生ずる制御配管の空気漏洩噴流音の有無を検出して制御配管の欠陥有無を判定できる。
さらに、本発明の異音検出器は、自動車エンジンルーム、発電所の圧力容器、プラントなどの制御配管などの漏洩を測定することにも適用できる。
自動車エンジンルームに適用する場合においては、エンジンを停止せずに回転させたままで、エンジンルーム内にテスターをかざし、音のアルゴリズム分析により、漏洩箇所や不具合箇所を短時間に的確かつ安全に見つけ出すことができる。
また、非接触での作業のため、けがや事故の発生が少なくすることができ、可聴領域以外（人の耳では聞き取れない領域）も検知することができる。
さらに、自動車のエンジン以外の、工場内で稼動している各種設備における配管等からの空気漏れ等の検出にも対応できる。例えば、発電所の圧力容器、プラントの配管などのピンホール（微少な穴）やクラック（亀裂）から空気、ガス又は液体の噴流を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の実施形態について説明する。本発明において、異音検出器を用いる測定対象は、自動車エンジンルームの制御配管、発電所の圧力容器、プラントの配管、などが挙げられる。なお、配管内に液体がある場合には、その粘性によって勢いのある噴流とならず、噴流音が発生しない場合があるので、気体が充満している状態で漏洩の検査が行われることが望ましい。
【００１２】
一般に、測定対象物には、作動中に発生する固有の振動である騒音が混じっている。例えば、自動車のエンジンルームでは、エンジン作動中に発生する騒音が常に発生しており、それらは配管内を気体が流れているときに気体が配管との摩擦で発生する音などである。本発明において、異音検出器本発明の異音検出器は、これらの騒音が存在する状態である騒音下で、測定対象物からの漏洩を検出する。
【００１３】
音は一般的に振動的であり、ｓｉｎ−ｃｏｓの三角関数の世界のようにきれいに振動する波形と思われている。棒や膜が振動するとそのような波形になるが、衝突や剥離によって発生する波形は、パルスと呼ばれる非線形的な波形である。非線形的な波形（パルス）は、可聴領域の音も超音波の音も含んでいる。
これまでの経験からエンジンルーム内の機械が出すノイズは、低周波（１００Ｈｚ）〜５ｋＨｚの音響ノイズと、３０ｋＨｚ以上の超音波ノイズが存在している。特に、４０ｋＨｚ、その倍音の８０ｋＨｚ、３倍音の１２０ｋＨｚに鋭いピークが存在している。この間の帯域のノイズは減衰してされていてノイズとしてほとんど検出されない。
【００１４】
従来は、空気の漏洩で噴流が起こす４０ｋＨｚの超音波振動を検出するものがエア洩れ検出器の常識であったが、エンジンルーム内には同じ４０ｋＨｚの音源が数多くあり、従来の超音波検出器は用いることができないことがわかった。
ここで、可聴領域の上限５ｋＨｚと超音波４０ｋＨｚとの間は８倍（３オクターブ）の開きがあり、それぞれの騒音の分散を考えて１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの１オクターブの領域が騒音の無い窓になっているので、この領域で検知できないかを試みたのである。
すると、エンジンルーム上面の配管の比較的大きなエア漏れは良好に検知できた。つまり、空気の噴流や細孔から噴出する際の空気層剥離が起こす衝撃波のエネルギーは空気の振動しやすい４０ｋＨｚ超音波だけでなく聴覚で「シューシュー」と感じる１０ｋＨｚ前後の高周波可聴音を比較的多く出していて他の騒音源と一緒のとき聴覚では判別できないが、周波数を選択すれば判別可能である。
【００１５】
一方、エンジンルーム内の機構部騒音分布測定から、５ｋＨｚから４０ｋＨｚ位の領域では騒音のレベルが低い周波数窓が存在し、この測定結果から５ｋＨｚから４０ｋＨｚ位の領域では制御配管の空気漏洩噴流による音響振動がエンジンルーム内の機構部騒音の環境内でも検出できることも判明した。
これらに対して、差分フィルターを用いて自動車エンジンルームの制御配管を初めとして、発電所の圧力容器、プラントの配管などのピンホール（微少な穴）やクラック（亀裂）から空気、ガス又は液体の噴流を検出する異音検出器を提供することにある。
例えば、圧力容器や配管等の中に気体があり正圧あるいは負圧の圧力が印可された場合で、配管等に穴や亀裂があってその箇所から空気あるいはガスの噴流が起きている場合、空気の噴流は４０ｋＨｚの超音波から数ｋＨｚの可聴周波数まで分布した音を放射し、漏洩箇所が異常音発生の音源となる。
【００１６】
以下、本発明の異音検出器について図面を用いて詳細に説明する。図１は、実施の形態の異音検出器（Ａ）についての概略説明図である。図１において、符号（１）は配管であり、例えば、自動車エンジンルームの制御配管、発電所の圧力容器、又はプラントの配管などが挙げられる。本発明の異音検出器を使用する状態において、配管（１）内では、気体又は液体が正圧あるいは負圧で印加されていることが必要とされる。符号（２）は漏洩箇所（異常音発生源）であり、例えば、自動車エンジンルームの制御配管や圧力容器に、ピンホール（微少な穴）やクラック（亀裂）が挙げられ、その箇所から空気、ガス又は液体の噴流が発生している場合、本発明の異音検出器を用いてその有無を検知するものである。
【００１７】
符号（３）は音響センサーであり、音響センサーとしては、配管の振動を直接検知する加速度ピックアップ、空中の音を超音波帯域で捉える超音波センサー、可聴領域で捉える音響マイクロホンなどが挙げられる。音響マイクロホンは安価に適用できるので本発明において好ましく適用できる。音響センサー３は、接触型又は非接触型のいずれでもよい。  符号（４）はセンサー電源であり、音響センサー（３）を駆動させるために設けられ、信号強度を高めるために増幅器（５）が内蔵されていることが好ましい。
増幅器（５）は、音響センサー（３）からの出力を増幅して、漏洩箇所（２）から発生する噴流音の信号を後続の電子回路で用いるのに十分な振動電圧とすることができる。
【００１８】
符号（６）は帯域通過フィルターであり、入力信号は、設定周波数より低い周波数帯域と別の設定された周波数より高い周波数帯域の信号が、帯域通過フィルター（６）で阻止されて出力される。例えば機械ノイズなどの低周波帯の５ｋＨｚまでの音を遮断する。
なお、帯域通過フィルター（６）は、単独のフィルターとして構成される場合と、１の低域通過フィルターと他の高域通過フィルターとを直列に接続して組合せフィルターとして構成される場合とがある。
【００１９】
符号（７）は差分フィルターであり、入力信号を時間的に分割し、ｔ時刻の値から（ｔ−１）時刻の値を差し引いた数値をｔ時刻の信号として出力する。チョッパーでサンプリングをして時間的に離散（デジタル）信号とし、時間の区切りごとに、前のデータ、次のデータ、と分けて考えることができる。差分をとるということは、いうなれば時系列データを微分する、ということである。なお、ホールド回路を通過させることで離散時間の間を平均化させることもできる。
【００２０】
符号（８）は絶対値化処理部であり、差分フィルター（７）を通過した極性のある信号を整流して無極性信号に変換処理する。
符号（９）は平滑化処理部であり、無極性信号を滑らかにし、無極性信号の強度変動ピッチ（時間の間隔）を下げる処理をする。
符号（１０）は表示器であり、ＬＥＤやＬＣＤ等を用いた表示素子などが挙げられる。表示器（１０）では、例えば、平滑化処理部（９）で平滑化処理した信号を段階的なしきい値で区分しそれぞれ信号を出し、区分別にＬＥＤ表示素子の発光個数を変化させるなどの方法でレベル表示をすることができる。
【００２１】
本発明において、センサーとして音響マイクロホンを用いると、１５ｋＨｚを上限としてそれ以上の周波数の音は感知しないので、機械が出す３０ｋＨｚ以上の超音波ノイズをカットできて好ましい。なお、超音波センサーは超音波音源の多いエンジンルーム内では誤動作するので適切ではない。
また、音響マイクロホンが３０ｋＨｚ以上の超音波ノイズをカットできる場合には帯域通過フィルター（６）はハイパスフィルターでよい。例えば、５ｋＨｚハイパスフィルターとすると、５ｋＨｚ〜１５ｋＨｚのバンドパスフィルターをかけたのと同じことになる。
ここでの領域の周波数の音をそのまま抽出すればよいと考えられるが、空気漏れの音は本来がパルス波形である高周波が基本になっているので、バンド（帯域）の中でも高い周波数ほど原型に近い情報を有する。
そこで、周波数が高いほど感度を良くするために、差分、すなわち微分を行うこととしたのである。エンジンルーム等の近辺で雑音の少ない周波数帯域の信号に、衝撃波を抽出する関数をフィルター相関係数に充てて検知する。
【００２２】
次に、差分フィルター（７）の詳細について、図２を用いて説明する。図２において、符号（７−１）はスイッチ素子１であり、サンプリングクロック信号により信号伝達を開閉しデータをサンプリングする機能を有する。符号（７−２）はホールド回路１であり、スイッチ素子１（７−１）の出力レベルを保持する機能を有する。符号（７−３）は増幅器１であり、ホールド回路１（７−２）のレベルをそのまま伝達する。符号（７−４）はスイッチ素子２であり、サンプリングクロック信号によりホールド回路１（７−２）の出力の伝達を開閉しデータをサンプリングする機能を有する。符号（７−５）はホールド回路２であり、スイッチ素子２（７−４）の出力レベル保持して反転出力を伝達する。符号（７−６）は増幅器２であり、増幅器１（７−３）の出力とホールド回路２（７−５）の和をとって出力する。符号（７−７）はサンプリングクロック発信器であり、スイッチ素子１（７−１）とスイッチ素子２（７−４）をオン・オフするクロック信号を発信する。
【００２３】
ここで、空気の噴流は４０ｋＨｚの超音波から数ｋＨｚの可聴領域まで分布する。その中で、作動する機器の接触部からは体感可能な振動も発生し、その一部は機構部外に可聴領域の騒音として放射され、その周波数は１００Ｈｚから５ｋＨｚまで分布する。このとき空気の噴流音においても２０ｋＨｚ以上の帯域にある音と、５ｋＨｚ以下の帯域の音が除かれ、５ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の帯域にあった信号は通過できる。
【００２４】
そこで、帯域通過フィルター（６）の出力がスイッチ素子１（７−１）に入力される。スイッチ素子１（７−１）はサンプリングクロック信号が１の間だけ入力を出力として伝達する。
ホールド回路１（７−２）はスイッチ素子1（７−１）が伝達した信号の電圧レベルを蓄積し、スイッチ素子が伝達を停止する間は電圧レベルを維持する。
増幅器１（７−３）はホールド回路１（７−２）の出力を伝達するために設けられているが、ホールド回路１（７−２）の出力インピーダンスを十分低くできるのであれば増幅器１（７−３）は必須ではない。
スイッチ素子２（７−４）は、ホールド回路１（７−２）の信号をホールド回路２（７−５）が分割時間１周期分を遅らせて蓄積できるように、スイッチ素子１（７−１）がオンとなる直前にスイッチ素子２がオンとなるようなサンプリングクロックで動作する。
ホールド回路２（７−５）は、スイッチ素子２（７−４）が伝達した信号の電圧レベルを蓄積し、スイッチ素子２（７−４）が伝達を停止する間は電圧レベルを維持する。
ホールド回路２（７−５）の出力は反転出力を用い、スイッチ素子２（７−４）の値の負の値が出力されるようにする。
増幅器２（７−６）には、最新サンプリング情報から１回前のサンプリング情報を差し引いた値が入力され、その差分の値を出力する。
なお、増幅器２（７−６）の入力に関して、正負２端子に２つの入力を入れるようにしても良く、あるいは１入力端子の前に分圧回路を設けて２入力とした増幅器でもよい。また、差動増幅器でもよく、差動増幅器は正負２入力端子を有する場合はホールド回路２（７−５）を反転出力でなく正出力とすればよい。
【００２５】
以上のように、差分フィルター（７）の機能は、入力信号を時間的に分割し、ｔ時刻の値から（ｔ−１）時刻の値を差し引いた数値をｔ時刻の出力信号とするものである。信号波形の時間上の隣接する前後２点間の差分を得ることは、信号の区間の傾きを抽出していて、微分処理を行っていることになる。信号の周波数が高いほど振幅変化の傾きが大きいので、これを微分処理すると、周波数が高いほど大きな値が出力として出る。
【００２６】
噴流音の主成分は４０ｋＨｚ前後の帯域の信号であり、ここから１ｋＨｚ程度までの帯域で、周波数が低くなるほど徐々に音圧が小さくなり、信号の振幅強度が小さくなる。噴流音を差分フィルター（７）に入力すると、噴流音の信号の強い高域で、大きな値が出るように通過し、信号の低い領域で弱く通過する。
帯域通過フィルター（６）の入力信号振幅と出力信号振幅の比は、通過帯域の区間では信号がどの周波数であっても同じ比率となり、これをフィルターの通過帯域での周波数特性は振幅についてフラット（同じ重み）である、という。
帯域通過フィルター（６）を通した信号にもある程度エンジンの雑音が混じっているが、信号の強い帯域を多く通過させることによって、信号と雑音の比率は信号が強くなるように変化させることができる。
【００２７】
差分フィルター（７）を上記のように構成すると、振幅の入出力比の周波数特性が変化するコーナー周波数はスイッチ素子をオン・オフするサンプリングクロック信号の周波数の１／２になる。周波数軸に対する特性の傾きはコーナー周波数より下の低い周波数の全域において、＋６ｄＢ／ｏｃｔ（オクターブ）であった。つまり周波数が２倍になると同じ入力振幅に対して６ｄＢだけ出力振幅比率が上がる。
【００２８】
以上のように、雑音が強い周波数帯域は帯域通過フィルター（６）で噴流音の信号を通過させ、雑音を減じて、通過させた帯域に混入する雑音は、差分フィルター（７）によって信号を通過させて雑音を減じるようにしている。
時間分割の時間間隔は、少なくとも帯域通過フィルター（６）の上限周波数より上にする必要がある。例えば２０ｋＨｚを上限とする場合、その信号を正しく伝達するサンプリング周期は２倍以上好ましくは３倍程度を必要とするので、サンプリングクロックは６０ｋＨ以上となる。
本発明では分割時間のサンプリングクロックのオン時間が長いと変動出力が多くなり、正しい差分とはならないので、オン時間を可能な限り短くするか、あるいは増幅器（２）の後にスイッチ素子とホールド回路を増設することで改良することができる。
【００２９】
次に、図３に示すように、差分フィルター（７）として、別の異なる構成について説明する。すなわち、データをデジタル化し、コンピュータ処理をできるようにしたことについて説明する。
【００３０】
図３において、符号（７−１０）はマイクロコンピュータであり、ＡＤコンバータ、メモリ、プログラム処理部、表示器駆動回路を有し、ＡＤコンバータ（７−１１）は、アナログ信号を極性符号付バイト単位のデジタル情報に変換し、メモリ（７−１２（ａ））は、ＡＤコンバータ（７−１１）が変換したデータを記録する。そして、プログラム処理部（７−１３）は、外部より不揮発性のメモリ（７−１２（ａ））に書き込まれたプログラムにより、内部のクロックにより逐次参照され、内容に応じて処理がなされる。
そして、表示器駆動回路（７−１４）は、表示器により漏洩レベルを複数のＬＥＤで表示する。
【００３１】
図４は、図３に示したマイクロコンピュータ（７−１０）による差分フィルター（７）のプログラム処理例を示す。図４において、マイクロコンピュータ（７−１０）によるプログラム処理部（７−１３）はメモリ（７−１２（ａ））に記憶されており、電源ＯＮと共に処理を開始する。
【００３２】
ＡＤコンバータ（７−１１）は、入力されたアナログ信号を極性符号バイト単位のデジタル情報に変換してメモリ番地Ｎを先頭にＡ個格納する。格納後は再び変換処理を行い、処理後メモリ番地Ｎから上書きを行う。この処理過程はプログラム処理部（７−１３）からＡＤコンバータ（７−１１）への矢印で示してある。上書きが終了したら状態表示メモリ（７−１２（ｂ））の内容を０から１に書き換える。アナログ信号は連続しているので、ＡＤコンバータ（７−１１）がとり得るサンプリング周期ｉと、変換するデータの個数Ａとをプログラム処理の中で最初に指示する。
【００３３】
プログラム処理部（７−１３）では、ＡＤコンバータ（７−１１）のデータ変換処理が終了し、設定された数のデジタルデータがメモリ（７−１２（ａ））に格納された時点で、状態表示信号が０から１に変化することをチェックして、ＡＤコンバータ処理終了確認（７−１３１）を行う。
ＡＤコンバータ（７−１１）が格納するデータは、メモリ先頭番地ＮにデータＤ１が、最終データＤＡまでＡ個のデータが格納されている。計算プログラムが逐次計算処理を行うために、番地を1つずつ移動させるポインターという変数があり、初期状態でポインターｎがｎ＝Ｎとなり、最初の計算にＮ番地のデータを使用することを表している。
【００３４】
ソフトウェアで処理をするフィルターをデジタルフィルターといい、フィルターの係数列とデータ数列との内積がとられる。係数列は先頭番地Ｍから格納されている。フィルターの係数列（Ｋ１,Ｋ２,Ｋ３・・・・Ｋａ）のａ個のデータ（ａは偶数）とする。通常フィルターの長さをＫで表すがＫ＝ａとなる。
【００３５】
状態表示が１になったら、プログラム処理で使用するメモリ番地Ｎ，Ｍ，ｎ，ｍのポインターを初期値に戻し、Ｌ番地の内容をクリアする計算の初期化（７−１３２）をする。ここで、最初のポインターは、ｎ＝Ｎ、ｍ＝Ｍである。
【００３６】
初期化が終了して、計算（７−１３３）に入る。最初にポインターｎの示すメモリ番地Ｎに格納されているデータＤ１と、ポインターｍの示すメモリ番地Ｍに格納されている係数Ｋ１を取り出す。次に、Ｄ１とＫ１との乗算を行い、解をポインターＬの番地のデータＬ（最初は０）に加算する。ポインターｎの内容をＮ＋１に、ｍの内容をＭ＋１に更新する（７−１３４）。この処理によって、次に参照するデータはＮ＋１番地のＤ２となり、同じく係数はＭ＋１番地のＫ２となる。ポインターｎがｎ＝ａに達したかをチェックして１周期の終了確認（７−１３５）をする。
【００３７】
数値ａはデジタルフィルターＫの数列の長さである。ａ＝２であれば、係数はＫ１（＋１）、Ｋ２（−１）であり、ａ＝４ならば、例えば係数はＫ１（＋０．３）、Ｋ２（＋０．７）、Ｋ３（−０．７）、Ｋ４（−０．３）の数列が記憶されている。
ａ＝２、つまり係数がＫ１（＋１）、Ｋ２（−１）の場合の周波数特性を振幅比の変化として観測すると、コーナー周波数がサンプリング周波数の１／２の周波数となり、周波数特性の傾きはコーナー周波数より低周波領域で＋６ｄＢ／ｏｃｔとなる。
なお、参考図書「オペアンプの基本と応用  角田秀夫著東京電機大学出版局」６２ページ図３・７各種ＣＲ回路の基本ボード線図（ａ）に微分回路の例があり、２０ｄＢ／デケードの傾きと記されている。１デケードは１０進法の１桁である１０倍である１０の１べき乗を意味しており、一方上記の／ｏｃｔのｏｃｔ（オクターブ）は２倍を意味する。２の３．３べき乗がほぼ１０に等しく、ｌｏｇ（ロガリズム）の軸上で周波数特性の傾きを１０倍の点で見た２０ｄＢの差は２倍の点に換算すると２０ｄＢを３．３で除した６ｄＢに相当し、これを６ｄＢ／ｏｃｔと表現している。電子回路で理想的なＣ（コンデンサ）Ｒ（抵抗）を用いた微分回路でも、上記のような差分による微分回路でも１回の微分による効果は周波数特性の傾きでは６ｄＢ／ｏｃｔとなって現れる。
ａ＝４の係数がＫ１（＋０．３３）、Ｋ２（＋０．６７）、Ｋ３（−０．６７）、Ｋ４（−０．３３）の場合は、コーナー周波数がサンプリング周波数の１／４で、周波数特性の傾きはコーナー周波数より低域で＋６ｄＢ／ｏｃｔとなり、コーナー周波数より高域では−６ｄＢ／ｏｃｔとなる。
【００３８】
１周期の終了確認（７−１３５）のチェックで、ポインターがｍ＝Ｍ＋ａに満たないでＮｏの場合は（７−１３３）に戻し更新されたポインターの示すデータと係数の積を求めてポインターＬのデータに加算し更新する。ポインターｍが、ｍ＝Ｍ＋ａとなり、Ｙｅｓの場合はＤ１を先頭とするデータと係数Ｋとの積和処理がデジタルフィルターＫに関して１周期を終了したので次に処理に移行する。
フィルターの数列すべてとデータＤ１を先頭とするデータとの積和が実行されて１周期の計算が終了した後、番地初期化（７−１３６）をして更新（７−１３７）に移行する。計算の初期化（７−１３２）を経て、次にデータＤ１に続くデータＤ２を先頭とする新たな１周期の計算を行う。
デジタルフィルターの係数Ｋのポインターは初期値に戻り繰り返し使用される。１周期の計算が繰り返されるたびにポインターＮは１つずつ繰り上がり、１周期の終了確認（７−１３８）においてＮ＝Ａで終了か判断される。
ここで、ＡはＡＤコンバータが変換し格納したデータ数である。つまり、Ｄ１からＤＡまでそれぞれ係数Ｋとの積和がとられ全加算された結果がポインターＬにデータＬとして格納されている。
一般的なデジタルフィルターの処理では、ポインターＬもポインターＮと同時に＋１されるような更新が行われ、最後にポインターＬ１からポインターＬＡまでのＡ個のデータを記憶させるようにする。しかし、本発明の目的のように、レベル表示を行うだけであれば、ポインターＬ１からポインターＬＡまでのデータの平均値を取ることが多いので、上記のように全てをＬに加算しても同じ結果になる。
【００３９】
Ｎｏの場合は計算の初期化（７−１３２）に戻り処理を続行する。Ｙｅｓのときは、表示部（７−１３９）に移行し処理手順が繰り返される（７−１４０）。ここでは、ポインターＬのデータＬがとり得る最大値を表示器のビットがあらわせる最大レートに合わせるような係数ｂを用意しておき、データＬと係数ｂとを乗じた解を表示器駆動回路（７−１４）のメモリに書き込む。
【００４０】
解が表示器駆動回路（７−１４）に書き込まれると、マイクロコンピュータ（７−１０）が外部の表示器（１０）を駆動して、データレベルに応じた個数のＬＥＤを点灯させる。なお、データＬの対数（ＬｏｇＬ）に変換して、対数に合わせた正規化係数によって正規化をして表示させると、データＬが０近傍の暗騒音のレベルの場合にＬＥＤを点灯させることがなく、見やすくなる。
【００４１】
また、自動車のエンジンの異常音を検知する場合は、自動車のエンジンルーム内から発生する騒音（例えば機械作動音）を効果的に除去しなければならない。自動車のエンジンルームでは、カムシャフト回転又はミッション系回転などの回転部や、シャフトギヤで駆動されるタイミングベルトやファンベルトなどにおいて、体感可能な機械振動が発生し、数十Ｈｚから数百Ｈｚの振動となり機械作動音が出る。しかし、数十Ｈｚより低い周波数の振動は空気中に伝播しにくいので、騒音レベルが低く特に問題にする周波数帯ではない。したがって、本発明では、５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの帯域の周波数音に絞る。
【００４２】
また、帯域通過が低域通過型である場合に、特性フィルターのコーナー周波数を境界にして低い周波数でｄＢの変化が直線的に下がる。この傾きをＧｄＢ／ｏｃｔのように表す。Ｏｃｔ（オクターブ）は音楽の音階で用いられる周波数が２倍になる比率のことである。特性を表す場合のｄＢの符号は周波数を高くする方向に向けての勾配で表し、高域通過型では＋、低域通過型では−の符号になる。
一般に、帯域通過特性も有するフィルターの周波数特性を表すのに、振幅の入出力比が通過帯域に比べて３ｄＢ（デジベル：−３ｄＢはリニアスケールでの比較では３０％減少に相当する。）下がった点での周波数を、特性切替わり周波数としてコーナー周波数（ポール周波数とも言われる）と呼ぶ（前述の参考図書６０ページ参照）。
このコーナー周波数を７ｋＨｚに設定し、傾きは＋１２ｄＢ／ｏｃｔ以上にすれば、これより低い周波数は阻止できる。前述のように１回の微分の傾きは＋６ｄＢであるから、２回微分となる微分回路あるいはデジタルフィルター処理を付加すれば＋１２ｄＢ／ｏｃｔの傾きを実現できる。周波数の低い方向にはこの傾きで下がるので、例えば、コーナー周波数より３．５ｋＨｚの騒音は、−１２ｄＢだけ、つまり７５％減衰し、さらに低い１ｋＨｚの騒音は−３３ｄＢで９８％が除去できる。
【００４３】
次に、超音波領域での騒音除去について説明する。ギヤやベルトなどの運動エネルギーを伝達する接触部分では、小さな衝突や摺動による摩擦があり、このような部分の振動に起因して約４０ｋＨｚ以上の周波数帯域で超音波が放出される。この帯域の超音波騒音を除去するために、低域通過特性のコーナー周波数を２０ｋＨｚとする。
上記同様１２ｄＢの傾きがあれば、１ｏｃｔ上の４０ｋＨｚの騒音は−１２ｄＢとなり、このときｍを減衰量とすると、−１２＝２０＊ｌｏｇ10(ｍ)から、ｍは１０の−０．６（＝−１２／２０）乗である０．２５となり、原点である１０の０乗の１に対して７５％減衰したことになる。
【００４４】
以上のように、帯域通過特性のコーナー周波数を上限２０ｋＨｚ、下限７ｋＨｚと設定すれば、騒音はかなり除去できる。同時に空気の噴流音においても、２０ｋＨｚ以上の帯域にある音と、７ｋＨｚ以下の帯域の音が除かれ、５ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の帯域にあった信号は通過する。上記帯域通過フィルター（６）の入力信号振幅と出力信号振幅の比は、通過帯域の区間では振幅についてフラット（同じ重み）である、という。
【００４５】
以下に、差分フィルター（７）による信号の強調について記載する。差分フィルター（７）は、時間的に分割され、ｔ時刻の値から（ｔ−１）時刻の値を引いた数値をｔ時刻の出力信号とする。信号波形時間軸上の前後２点間の差を得ることは、信号の区間の傾きを抽出していて、微分処理を行っていることになる。信号の周波数が高いほど振幅変化の傾きが大きいので、これを微分処理すると、周波数が高い信号ほど出力として出る。
【００４６】
例えば、エンジンルームの制御管の漏洩は、内部が正圧のときに起こる噴出ではなく、内部が負圧で起きる吸い込み現象である。吸い込み現象でも噴流音の主成分は噴出と同じく４０ｋＨｚ帯域の信号であり、ここから１ｋＨｚ程度までの帯域で、周波数が低くなるほど徐々に音圧は小さくなり、信号の振幅も小さくなる。
【００４７】
噴流音を差分フィルター（７）に入力すると、噴流音の高い高域で、大きな値が出るように通過し、信号の低い低い領域で弱く通過する。時間分割の時間間隔は少なくとも帯域通過フィルター（６）の上限周波数より上にする必要がある。
【００４８】
ここで、用いる差分フィルター（７）の傾きが大きすぎると、低域通過フィルターの高域減衰特性が相殺される可能性がある。２０ｋＨｚ以上を除去した４０ｋＨｚの超音波騒音が、元の音圧強度を回復してしまう。そこで、差分フィルター（７）の傾きは４０ｋＨｚの超音波が回復しないように、大きくとも＋６ｄＢ／ｏｃｔ以下の傾きとすることが好ましい。なお、サンプリング周波数は例えば６０ｋＨｚとする。
【００４９】
仮に、最初から４０ｋＨｚ騒音が極めて大きいときは、上記の低域通過帯域フィルターの傾きを−１２ｄＢ／ｏｃｔ以上で、例えば３回積分回路などによって−１８ｄＢ／ｏｃｔに設定すればよい。
別な方法として、サンプリング周波数を８０ｋＨｚに上げて、フィルター係数を４にとれば、図７の（ａ）に示すように、コーナー周波数が８０ｋＨｚの４分の１の２０ｋＨｚとなり、コーナー周波数より低い周波数帯域では前と同じ＋６ｄＢとなる。同時にコーナー周波数より高域では、−６ｄＢ／ｏｃｔの傾きとなって、他のフィルターの特性に加わるので、低域通過帯域フィルターの傾き（図７の（ｂ））−１２ｄＢ／ｏｃｔと合わせて図７の（ｃ）に示すように−１８ｄＢ／ｏｃｔになり、相乗効果を得ることができる。
【００５０】
帯域通過フィルター（６）を通した信号にもある程度エンジン騒音が混じっているが、信号の強い帯域を多く通過させることによって、信号と雑音の比率は信号が強くなるように変化させることができる。すなわち、雑音が強い周波数帯域は帯域通過フィルター（６）で噴流音の信号を通過させ雑音を減じて、通過させた帯域に入る雑音は、差分フィルター（７）によって信号を通過させて雑音を減少させる。
【００５１】
正負に振動する信号を整流回路で、単極性（例：プラス側）の信号に変換する。整流した信号を時間間隔で０．１秒程度の区間で平滑化し、変化を人の目で確認できる速度に落とす。平滑化した信号の強さの段階に区分し、区分によってＬＥＤの発光数を変化させる。
【００５２】
次に、図５及び図６を用いて他の実施の形態の異音検出器を説明する。本実施の形態の異音検出器は、帯域通過フィルター切替え部（１１）を有し、帯域通過フィルター切替え部（１１）からの信号を受信する帯域通過フィルターの構成が異なる点で相違する。
図５及び図６において、帯域通過フィルター切替え部（１１）は、帯域通過フィルター（６）の通過信号を、設定周波数より低い周波数帯域と、別の設定された周波数より高い周波数帯域の信号を阻止する役割をする。
【００５３】
図６は、帯域通過フィルター切替え部（１１）の作用を示すもので、帯域通過フィルター切替え部（１１）からの信号により、帯域通過フィルター（６）を通過させる信号を制御する。図６において、高域通過フィルター（６１）はコーナー周波数より高い領域の信号を通過させ、低域通過フィルター（６２）はコーナー周波数より低い領域の信号を通過させる。スイッチ素子１（６３）は、増幅器１（１１２）のオン・オフ信号が０のときに低域通過フィルター（６２）を遮断し、オン・オフ信号が１のときに低域通過フィルター（６２）を通過させる。スイッチ素子２（６４）は、増幅器２（１１３）のオン・オフ信号が０のときに高域通過フィルター（６１）の出力を遮断し、オン・オフ信号が１のときに出力を接続することによって、帯域通過フィルター（６）の役割を果たす。
【００５４】
すなわち、図５及び図６において、本発明の異音検出器は次のように作用する。帯域通過フィルター（６）を、高域通過フィルター（６１）と低域通過フィルター（６２）とで構成し、スイッチ素子１（６３）が低域通過フィルター（６２）の出力を別途入力されるオン・オフ信号によって遮断できるようにし、スイッチ素子２（６４）が高域通過フィルター（６１）の出力を別途入力されるオン・オフ信号によって遮断できるようにし、スイッチ素子１（６３）及びスイッチ素子２（６４）の出力を結合して、超音波検知の入り切りを選択するスイッチ（１１１）の１出力が増幅器１（１１２）に接続し、増幅器１はスイッチ素子１（６３）へオン・オフ信号を送出し、超音波検知の入り切りを選択するスイッチ（１１１）の０出力が増幅器２（１１３）に接続し、増幅器２はスイッチ素子２（６４）へオン・オフ信号を送出し、スイッチ素子１（６３）とスイッチ素子２（６４）のオン・オフ信号が互いに反対の極性となるようにして、スイッチ素子１（６３）とスイッチ素子２（６４）のいずれか一方だけ選択され、低域通過フィルター（６２）の出力がオン・オフされるようにしている。
スイッチ（１１１）を超音波検知の入りを選択するように操作をすると、スイッチ素子１（６３）の出力は遮断され、スイッチ素子２（６４）がオンとなって高域通過フィルター（６１）の出力が最終段に通過するようにして、低域通過型フィルター（６２）による高域周波数帯域の信号の遮断機能を無効にして、信号の高域領域にあった超音波信号を利用できるようにしている。
【００５５】
本実施の形態の異音検出器は次のような場合に効果的に利用できる。例えば、配管（１）の漏洩箇所（２）からの漏洩に関する音響信号（異音）を音響センサー（３）で検出し、増幅器（５）で増幅した音響信号を帯域通過フィルター（６）を通過させるにあって、帯域通過フィルター切替え（１１）で切替えて、低域通過フィルター（６２）と高域通過フィルター（６１）をそれぞれ独立に低域の音響信号と高域の音響信号を通過させ、これを混合させて音響信号を帯域通過フィルター（６）を通過させたときと同じ音響信号を得ることができる。
【００５６】
本実施の形態の異音検出器を用いて、エンジンルーム内の超音波領域の騒音除去する場合について下記に説明する。
ギヤやベルトなどが運動エネルギーを伝達する接触部分では小さな衝突や摺動による摩擦があり、このような部分の振動を元にして４０ｋＨｚ以上の超音波が放出されるので、この超音波帯域の騒音を除去するために、低域過特性のコーナー周波数を２０ｋＨｚとする。上記同様１２ｄＢの傾きがあれば、１ｏｃｔ上の４０ｋＨｚの騒音は−１２ｄＢすなわち７５％減衰する。
【００５７】
以上のように、帯域通過特性のコーナー周波数を上限２０ｋＨｚ、下限７ｋＨｚと設定すれば、騒音はかなり除去できる。同時に空気の噴流音においても２０ｋＨｚ以上の帯域にある音と、７ｋＨｚ以下の帯域の音が除かれ、５ｋＨ以上で２０ｋＨｚ以下の帯域にあった信号は通過できる。
【００５８】
本実施の形態の異音検出器は、スイッチの選択切替えによって、マイクがエンジンルーム全般を探査する時には、多く混入する超音波騒音を低域通過フィルター（６２）で除去し、マイクが漏れ箇所に接近して、マイクには超音波騒音の音源が見えない位置に有って、騒音の混入が少なくなった時には、低域通過フィルター（６２）を無効にすることにより、超音波信号も合わせて検知に利用できる。
【００５９】
また、別に高域通過型のフィルターを別途設けて、コーナー周波数を２０ｋＨｚとしてそれ以上の超音波だけを通過できるようにし、この出力にスイッチ素子２（６４）を接続して、ある場合には帯域通過型フィルターの出力を利用し、別の場合には超音波帯域の信号を利用できるように切り替えることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の異音検出器は、可聴周波数から超音波まで幅広い周波数帯域で生ずるエンジンルーム内の機構部騒音下で、エンジンの動作から生ずる制御配管の空気漏洩噴流音の有無を検出して制御配管の欠陥有無を判定できる。
さらに、発電所の圧力容器、プラントの配管又は自動車エンジンルームの制御配管などの漏洩を測定にも適用できる。
また、非接触での作業のため、けがや事故の発生が少なくすることができ、可聴領域以外（人の耳では聞き取れない領域）も検知することができる。
さらに、発電所の圧力容器、プラントの配管などのピンホール（微少な穴）やクラック（亀裂）から空気、ガス又は液体の噴流を検出することができる。
したがって、本発明の異音検出器は、整備工場での整備時間の短縮や点検整備のコスト低減などの利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】異音検出器の一実施の形態についての概略説明図である。
【図２】差分フィルターの詳細についての説明図である。
【図３】別の異なる構成の差分フィルターについての説明図である。
【図４】図３に示したマイクロコンピュータによる差分フィルターのプログラム処理例を示す説明図である。
【図５】異音検出器の他の実施の形態についての概略説明図である。
【図６】帯域通過フィルター切り替え部の作用を示す説明図である。
【図７】差分フィルターの作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
Ａ：異音検出器
１：配管
２：漏洩箇所（異常音発生源）
３：音響センサー
４：センサー電源
５：増幅器
６：帯域通過フィルター
７：差分フィルター
７−１：スイッチ素子１
７−２：ホールド回路１
７−３：増幅器１
７−４：スイッチ素子２
７−５：ホールド回路２
７−６：増幅器２
７−７：サンプリングクロック発信器
７−１０：マイクロコンピュータ
７−１１：ＡＤコンバータ
７−１２（ａ）：メモリ
７−１２（ｂ）：状態表示メモリ
７−１３：プログラム処理部
７−１４：表示器駆動回路
７−１３１：ＡＤコンバータ処理終了確認を行う。
７−１３２：初期化
７−１３３：計算
７−１３４：更新
７−１３５：１周期の終了確認
７−１３６：番地初期化
７−１３７：更新
７−１３８：１周期の終了確認
７−１３９:表示部
７−１４０：処理手順の繰り返し
８：絶対値化処理部
９：平滑化処理部
１０：表示器
１１：帯域通過フィルター切替え部
６１：高域通過フィルター
６２：低域通過フィルター
６３：スイッチ素子１
６４：スイッチ素子２
１１１：超音波検知の入り切りを選択するスイッチ
１１２：増幅器１
１１３：増幅器２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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