(57)【要約】【課題】比較的簡易な信号処理によって確実に異音発生を判定する。【解決手段】集音センサ１１で集音された集音信号を分離部１２２で複数の周波数帯に分離し、チャンネル判定部１２３において、周波数帯別の信号をそれぞれ所定期間にわたって計測して周波数帯別に基準値を計算し、これらの周波数帯別の基準値に基づいて各周波数帯の許容範囲を決定し、分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ対応する周波数帯の許容範囲と比較し、少なくともいずれかの周波数帯の信号が許容範囲を越えるとき異音発生と判定する。このように、周波数解析、波形解析を行うのではなく、複数の周波数帯の信号レベル判定のみで処理するため、比較的信号処理が簡単で、低コストな信号処理チップを利用することが可能となる。また、各設置場所で周波数帯別に基準値を計算するため、周囲環境に合致した許容範囲を決定することが可能である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の設置場所で集音する集音手段と、
前記集音手段で得られる集音信号を複数の周波数帯に分離する分離手段と、
前記分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ所定期間にわたって計測して周波数帯別に基準値を計算し、それぞれの基準値に基づいて周波数帯別に許容範囲を決定する許容範囲決定手段と、
前記分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ対応する周波数帯の許容範囲と比較して、少なくともいずれかの周波数帯の信号が許容範囲を越えるとき異音発生と判定する判定手段と
を具備することを特徴とする異音検知装置。
【請求項２】
前記集音手段は、前記集音信号を規定レベルに増減する減衰手段及び増幅手段を備えることを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項３】
前記基準値は、前記周波数帯別の信号の平均値及び標準偏差値であることを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項４】
さらに、前記判定手段の判定結果を前記周波数帯別に表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１記載の異音発生装置。
【請求項５】
さらに、前記判定手段で前記周波数帯別の信号のいずれかが異音発生と判定された場合に警報を発生する警報発生手段を備えることを特徴とする請求項１記載の異音発生装置。
【請求項６】
さらに、初期設定時に前記基準値を保持して逐次計算される基準値と比較し、その比較結果が許容範囲を越えるとき、異常と判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の異音発生装置。
【請求項７】
前記許容範囲決定手段は、定期的に前記基準値の計算をし直し、前記周波数帯別の許容範囲を更新することを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項８】
任意の設置場所で集音された集音信号を複数の周波数帯に分離し、
分離された周波数帯別の信号をそれぞれ所定期間にわたって計測して周波数帯別に基準値を計算し、
前記周波数帯別の基準値に基づいて各周波数帯の許容範囲を決定し、
前記分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ対応する周波数帯の許容範囲と比較し、
少なくともいずれかの周波数帯の信号が許容範囲を越えるとき異音発生と判定することを特徴とする異音検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば機械設備の近傍に設置して当該機械設備の異音を検知する異音検知装置及び異音検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機械設備や稼働製品等の対象物の異常を判断する一手法として、稼働状態での発生音を監視して異音を検知し、その異音の程度から対象物に異常が生じているか判断する方法が知られている。この方法を実現するための異音検知装置としては、非特許文献１乃至非特許文献３に一例が紹介されている。
【０００３】
非特許文献１には、ムーブレットフィルタによる波形変換を利用した異音検出判定システムが紹介されている。このシステムでは、正常時の集音波形を基準にして、対象集音波形をムーブレットフィルタ変換し（入力したパラメータにより特定の周波数帯域を強調する）、変換された波形の各ポイント値を二乗し、さらに移動平均処理を行い、所定の判定基準に基づいて解析結果の数値化を行うことで、異音の検出判定を行うようにしている。
【０００４】
また、非特許文献２には、音・振動計測に際してＦＦＴ解析の際の窓関数機能とフレーム取得方法を工夫することで、音・振動波形の不連続部がフレーム中に存在しても、安定した周波数成分が得られるようにし、これによって音・振動計測精度を向上させ、異音判定の精度向上に寄与する異音計測システムが紹介されている。
【０００５】
また、非特許文献３には、自動車走行時に発生する異常音の発生源を検知するためのテスターが紹介されている。このテスターはマグネット吸着型振動加速度センサを使用して、センシングされたアナログ信号をピークホールドして表示することでユーザが異音発生状況を判断可能にしている。
【非特許文献１】シンクロ株式会社、ムーブレットMovelet，「異音検出判定システム」（http://www.udc-syncro.co.jp/products/movelet/index.htm）
【非特許文献２】オムロン株式会社、シグナークsignarc，「異音計測とは」、「テクノロジー」（http://www.signarc.com/info/index.html, http://www.signarc.com/info/tech.html）
【非特許文献３】リオンテック株式会社、「異音検知テスター」（http://www.riontec.com/related/index.html）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記非特許文献１，２のような異音検知装置では、周波数解析あるいは波形解析を前提とするため、信号処理が複雑であり、比較的低コストな信号処理チップが使用できない。また、非特許文献３に示される装置は、簡易な構成であるが、単に検知された信号をピークホールド表示して、ユーザに判断させる手法であるため、異音判定が難しく、ユーザの熟練度に左右されてしまう。
【０００７】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、比較的簡易な信号処理によって確実に異音発生を判定することができ、コスト的にも優れた異音検知装置及び異音検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためにこの発明に係る異音検知装置は、任意の設置場所で集音する集音手段と、前記集音手段で得られる集音信号を複数の周波数帯に分離する分離手段と、前記分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ所定期間にわたって計測して周波数帯別に基準値を計算し、それぞれの基準値に基づいて周波数帯別に許容範囲を決定する許容範囲決定手段と、前記分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ対応する周波数帯の許容範囲と比較して、少なくともいずれかの周波数帯の信号が許容範囲を越えるとき異音発生と判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係る異音検知方法は、任意の設置場所で集音された集音信号を複数の周波数帯に分離し、分離された周波数帯別の信号をそれぞれ所定期間にわたって計測して周波数帯別に基準値を計算し、前記周波数帯別の基準値に基づいて各周波数帯の許容範囲を決定し、前記分離手段で分離される周波数帯別の信号をそれぞれ対応する周波数帯の許容範囲と比較し、少なくともいずれかの周波数帯の信号が許容範囲を越えるとき異音発生と判定することを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、複数の周波数帯別の信号レベルについて定常レベルを求めて基準値とし、この基準値から許容範囲を決定しておき、各周波数帯の信号の少なくともいずれかが許容範囲を越えるとき、異音発生と判定するようにしている。このように、周波数解析、波形解析を行うのではなく、複数の周波数帯の信号レベル判定のみで、比較的信号処理が簡単であり、低コストな信号処理チップを利用することが可能となる。また、各設置場所で周波数帯別に基準値を計算するため、周囲環境に合致した許容範囲を決定することが可能であり、異音検知精度を飛躍的に高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、この発明によれば、比較的簡易な信号処理によって確実に異音発生を判定することができ、コスト的にも優れた異音検知装置及び異音検知方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、この発明に係わる異音検知装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、集音センサ（マイクロフォン等）１１は任意の場所に設置される。この集音センサ１１で得られた集音信号は、ケーブルを通じて信号処理装置１２に供給される。
【００１３】
この信号処理装置１２では、集音信号はセンサアンプ１２１に供給される。このセンサアンプ１２１は可変抵抗器の調整によって利得制御が可能であり、コンパレータでアンプ出力と規定レベル（＋２Ｖ）と比較して一致したときＬＥＤ（緑）が点灯するようになされている。すなわち、ＬＥＤが点灯するように可変抵抗の抵抗値を調整することによってセンサアンプ１２１から出力される集音信号を規定レベル（適正レベル）となるように増減することができる。その出力は周波数帯分離部１２２に供給される。この周波数帯分離部１２２は、入力信号を３チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３に分配し、各チャンネルに配置される互いに通過帯域の異なる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）Ａ１〜Ａ３によって３つの周波数帯Ｌ（１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ），Ｍ（１００Ｈｚ〜５００Ｈｚ），Ｈ（５００Ｈｚ〜２ｋＨｚ）の信号に分離する。各チャンネルで周波数帯別に分離された集音信号はそれぞれ判定処理部１２３のＤＳＰ（信号処理プロセッサ）によるチャンネル判定部Ｂ１〜Ｂ３に供給される。
【００１４】
上記チャンネル判定部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３において、Ｌ，Ｍ，Ｈ周波数帯の集音信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器ＢＬ１１，ＢＭ１１，ＢＨ１１でデジタル信号に変換されて基準値計算部ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２及び比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３に供給される。基準値計算部ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２は、デジタル化された集音信号を所定期間にわたって計測して平均化し、標準偏差値を求める。ここでもとめられた平均値及び標準偏差値は基準値としてスレッショルド設定保持部ＢＬ１４，ＢＭ１４，ＢＨ１４に供給される。
【００１５】
このスレッショルド設定保持部ＢＬ１４，ＢＭ１４，ＢＨ１４は、基準値に基づいて上限レベルf(L)th-H，f(M)th-H，f(L)th-H及び下限レベルf(L)th-L，f(M)th-L，f(H)th-Lを設定保持するもので、ここで保持された上限及び下限レベルは、許容範囲として比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３に供給される。この比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３は、スレッショルド設定保持部ＢＬ１４，ＢＭ１４，ＢＨ１４で設定保持された許容範囲の上限及び下限レベルをそれぞれコンパレータＢＬ１３１，ＢＬ１３２，ＢＭ１３１，ＢＭ１３２，ＢＨ１３１，ＢＨ１３２に設定し、Ａ／Ｄ変換器ＢＬ１１，ＢＭ１１，ＢＨ１１でデジタル化された集音信号と比較して、集音信号のレベルが上限及び下限レベルのいずれか一方を越える場合には、異音発生と判定する。
【００１６】
一方、上記基準値計算部ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２において、初期に求められた上記集音信号の平均化・標準偏差値の計算結果は初期基準値として保持部ＢＬ１５，ＢＭ１５，ＢＨ１５に保持され、基準値比較部ＢＬ１６，ＢＭ１６，ＢＨ１６に供給される。この基準値比較部ＢＬ１６，ＢＭ１６，ＢＨ１６は、基準値計算部ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２で順次得られる基準値を初期基準値と比較し、その比較結果が予め決められた規定範囲を超えるとき、異常発生と判定して警報信号を生成する。
【００１７】
上記チャンネル判定部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３それぞれの比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３及び基準値比較部ＢＬ１６，ＢＭ１６，ＢＨ１６の出力は判定ロジック回路部１２４に供給される。この判定ロジック回路部１２４では、比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３で得られる集音信号と上限及び下限レベルとの比較判定結果についてＯＲゲートＣＬ１１，ＣＭ１１，ＣＨ１１によって論理和を演算し、その論理和演算結果と基準値比較部ＢＬ１６，ＢＭ１６，ＢＨ１６の比較結果についてＯＲゲートＣＬ１２，ＣＭ１２，ＣＨ１２で論理和を演算する。これらの論理和演算結果はチャンネル毎に設けられるＬＥＤ−Ｌ（赤），ＬＥＤ−Ｍ（赤），ＬＥＤ−Ｈ（赤）に供給され、異音検知、異常検知の際に該当するＬＥＤが点灯表示される。
【００１８】
また、上記ＯＲゲートＣＬ１１，ＣＭ１１，ＣＨ１１の出力は共にＯＲゲートＣ１３に送られ、その出力はブザーＤに供給される。すなわち、ＯＲゲートＣＬ１１，ＣＭ１１，ＣＨ１１のいずれかに異音検知が入ると、直ちにブザーＤが鳴動し、警報として通知がなされる。また、上記ＯＲゲートＣＬ１２，ＣＭ１２，ＣＨ１２の出力は共にＯＲゲートＣ１４に送られ、その出力は外部出力コネクタＥに送られる。この外部出力コネクタＥには、例えばケーブルを介して警備室等に設置されるアラーム装置に接続される。
【００１９】
尚、上記チャンネル判定部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、スイッチ（プッシュ式）ＳＷ１のオン操作によって初期基準値の再設定可能となされている。また、電源スイッチＳＷ２のオン操作によって処理実行が開始され、オフ操作により保持された全てのデータがゼロにリセットされるようになされている。
【００２０】
上記構成において、以下、図２を参照してその異音検知処理の流れについて説明する。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示す「音」の領域に対し、集音センサ１１は、現在の技術レベルでは１５Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波数域をカバー可能であるが、ここでは５０Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数域を集音するものとする。これにより、小型マイク、汎用ＤＳＰが利用可能となり、ローコスト化を実現することができる。集音センサ１１の入力レベルが適正レベルを超える場合には、例えば遮音板で減衰させ、可変抵抗器で適正レベルとなるように調整する。また、入力レベルが低い場合には、センサアンプ１２１で適正レベルまで増幅する。これにより、Ａ／Ｄ変換器ＢＬ１１，ＢＭ１１，ＢＨ１１のビット領域を有効に活用することが可能となる。
【００２２】
集音センサ１１及びセンサアンプ１２１によって得られる規定レベルの集音信号は、周波数帯分離部１２２に供給され、フィルタＡ１，Ａ２，Ａ３によって３つの帯域Ｌ（１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ），Ｍ（１００Ｈｚ〜５００Ｈｚ），Ｈ（５００Ｈｚ〜２ｋＨｚ）の信号成分に分離される。このように帯域分割して測定することで、現場の不安定な音の変化をパターン化して観測することが可能となる。例えば、図２（ｂ）に示すように音の時間変化が生じたとすると、時間ｔ１ではＨ帯の出力レベルが上がり、ｔ２ではＬ帯の出力レベルが上がり、ｔ３ではＭ帯の出力レベルが上がる。このような周波数帯域に分離された集音信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器ＢＬ１１，ＢＭ１１，ＢＨ１１でデジタル信号に変換されて基準値計算部ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２及び比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３に供給される。
【００２３】
ここで、測定前処理として、スイッチＳＷ１をオン操作して、初期基準値計算モードに設定する。このモードでは、基準値計算部ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２でデジタル化された集音信号を所定期間にわたって計測して平均化し、標準偏差値を求める。例えば、周波数毎に１００個以上のデータを連続して取得した後に計算する。この平均値及び標準偏差値は基準値としてスレッショルド設定保持部ＢＬ１４，ＢＭ１４，ＢＨ１４に供給される。このスレッショルド設定保持部ＢＬ１４，ＢＭ１４，ＢＨ１４では、スレッショルド（ここでは平均値±２σ）として、上限レベルf(L)th-H，f(M)th-H，f(L)th-H及び下限レベルf(L)th-L，f(M)th-L，f(H)th-Lが設定保持される。尚、スレッショルドは選択可能として、現場の状況や研究の結果に応じて決定することが望ましい。ここで保持された上限及び下限レベルは、比較判定部ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３に許容範囲としてセットされる。この前処理が完了した場合には、一定期間、各チャンネルのＬＥＤを点滅させる、あるいはブザーＤを鳴動させる等によって初期基準値計算モードの設定が完了したことをユーザに通知する。この時点でユーザがスイッチＳＷ１をオン操作することで、測定モードに変更される。
【００２４】
測定モードが開始された場合には、各周波数帯のデータがそれぞれの許容範囲を設定しているスレッショルド値を越えることを検知する。そして、ノイズ等を考慮して、一定回数越えた場合に異音発生と判定してＬＥＤを点灯表示する。また、測定中、例えば１０分間経過した場合に、平均値と標準偏差値を再計算し、例えば初期値と２倍以上または１／２以下変化した場合は、対応したＬＥＤを点滅させると共に、ブザーＤを鳴らす。これは、据付後の現場の音の変化を監視して、判定の基準値が大きくずれて異音検知の精度が低下することを防ぐためである。
【００２５】
上記処理のタイムシーケンスを図３に示す。
【００２６】
まず、電源スイッチＳＷ２をオンすることで、装置の処理動作を開始させる。このとき、内部の保持データはリセットされる。
【００２７】
動作開始後、センサアンプ１２１のレベル設定モードとなる。このモードでは、可変抵抗器によりアンプ出力を最小レベルにした後、少しずつレベルを上げていく。アンプのレベルが規定レベル（２Ｖ）に達した時点でコンパレータからＬＥＤ点灯信号が出される。（３）ＬＥＤが点灯したら設定終了となる。
【００２８】
次に、スイッチＳＷ１を１回プッシュすると、初期基準値計算モードが開始される。このモードでは、各周波数帯のデータを規定数（１００回以上）取り込んだ後に、平均値と標準偏差値を計算し保持する。  
平均値＝ｆ(L)Ｓ1，標準偏差値＝ｆ(L)σ1  
平均値＝ｆ(M)Ｓ1，標準偏差値＝ｆ(M)σ1  
平均値＝ｆ(H)Ｓ1，標準偏差値＝ｆ(H)σ1  
続いて、各周波数帯の平均値と標準偏差値より上限及び下限のスレッショルドレベル（２σ値）を計算し保持する。保持が完了した時点でＬＥＤを点滅させ、ユーザに初期基準値計算モードの設定が完了したことを通知する。ＬＥＤが点滅した場合には、計算を終了する。
【００２９】
上記ＬＥＤ点滅によって初期基準値計算モードの設定完了が通知された後、ユーザによってスイッチＳＷ１が再度プッシュされると、測定モードが開始され、（１）各周波数帯のデータ（＋側、−側）が連続３回スレッショルドを越えるか否かを測定する。越えた場合には対応する周波数帯のＬＥＤを点灯させ、ブザーＤに連続差動信号を出す。スレッショルド判定基準値は  
ｆ(L)th-H（＋側）  
ｆ(L)th-L（−側）  
ｆ(M)th-H（＋側）  
ｆ(M)th-L（−側）  
ｆ(H)th-H（＋側）  
ｆ(H)th-L（−側）  
とし、判定の結果に応じてＬＥＤ、ブザーに連続差動指示を出す。
【００３０】
１０分経過後、自動的に初期基準値確認モードが開始される。このモードでは、初期基準値計算モードと同様に各周波数帯のデータの平均値と標準偏差値を計算し、各データを保持する。但し、基準値の計算中であっても測定処理は停止させない。
【００３１】
平均値ｆ(L)Ｓ2  標準偏差値＝ｆ(L)σ2  
平均値ｆ(M)Ｓ2  標準偏差値＝ｆ(M)σ2  
平均値ｆ(H)Ｓ2  標準偏差値＝ｆ(H)σ2  
初期基準値計算モードにおける各々の周波数帯の平均値、標準偏差値と比較して規定値以上の差があるか判定し、判定結果に応じてＬＥＤ及びブザーの断続差動を出して、初期基準値の確認が完了したことを通知する。  
上記確認完了が通知され、ユーザがスイッチＳＷ１が再度プッシュすると、初期基準値が再設定される。この再設定では、各周波数帯のデータの平均値と標準偏差値を規定以上の差があった値に変えて保持する。  
上記測定が完了した場合に、電源スイッチＳＷ２がオフされると、保持データのゼロリセットを行う。
【００３２】
以上の処理手順によれば、測定の基準値を測定開始前のみならず、測定中も定期的に設定変更されるため、基準値に基づいて決定されるスレッショルドも常に最適なレベルに調整される。この結果、極めて高精度に異音を検知することができる。また、基本的に周波数帯域別のレベル判定のため、周波数解析、波形解析が不要であり、比較的信号処理が簡単である。この結果、低コストなＤＳＰ等の信号処理チップを利用することが可能となる。また、各設置場所で周波数帯別に基準値を計算するため、周囲環境に合致した許容範囲を決定することが可能であり、異音検知精度を飛躍的に高めることができる。
【００３３】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば周波数帯域は必ずしも３つの帯域分割に限定されるものでなく、その分割数は任意である。また、各チャンネルのＡ／Ｄ変換器ＢＬ１１，ＢＭ１１，ＢＨ１１のサンプリング周波数は、互いに同一である必要はなく、対応する周波数帯に合わせて最適な周波数に選定すれば、ビットレートの低い安価なＡ／Ｄ変換器も利用可能となる。
【００３４】
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明に係る異音検知装置の一実施形態の機能構成を示すブロック図。
【図２】図１の装置の異音検知処理の流れを説明するための図。
【図３】本実施形態のタイムシーケンスを示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１１…集音センサ（マイクロフォン等）、１２…信号処理装置、１２１…センサアンプ、１２２…周波数帯分離部、Ａ１〜Ａ３…帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、１２３…チャンネル判定部（Ｂ１〜Ｂ３）、ＢＬ１１，ＢＭ１１，ＢＨ１１…Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器、ＢＬ１２，ＢＭ１２，ＢＨ１２…基準値計算部、ＢＬ１３，ＢＭ１３，ＢＨ１３…比較判定部、ＢＬ１４，ＢＭ１４，ＢＨ１４…スレッショルド設定保持部、ＢＬ１５，ＢＭ１５，ＢＨ１５…保持部、ＢＬ１６，ＢＭ１６，ＢＨ１６…基準値比較部、１２４…判定ロジック回路部、ＣＬ１１，ＣＭ１１，ＣＨ１１，ＣＬ１２，ＣＭ１２，ＣＨ１２，Ｃ１３，Ｃ１４…ＯＲゲート、Ｄ…ブザー、Ｅ…外部出力コネクタ、ＳＷ１…スイッチ（プッシュ式）、ＳＷ２…電源スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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