特開 2022-169984 計測装置、計測方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022169984

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】計測装置、計測方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20221102BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20221102BHJP

   G01R 23/16 20060101ALI20221102BHJP

   G01R 23/00 20060101ALI20221102BHJP

【ＦＩ】

G01H17/00 Z

G01M99/00 A

G01R23/16 B

G01R23/16 D

G01R23/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021075770

(22)【出願日】2021-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】石渡 隆行

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】中塩 雄二

【テーマコード（参考）】

2G024

2G029

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G024AD01

2G024CA13

2G024FA04

2G024FA06

2G024FA11

2G029AA02

2G029AB05

2G029AD08

2G029AF02

2G029AG01

2G029AH01

2G064AA01

2G064AA11

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC02

2G064CC41

2G064CC43

2G064DD02

(57)【要約】

【課題】波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である計測装置、計測方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】計測装置は、アナログ信号の帯域を制限するフィルタと、帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号とアナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行部と、第１デジタル信号の周波数分布データと第２デジタル信号の周波数分布データとを、サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換部と、第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、ナイキスト周波数を基準として、差分又は共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタと、
帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行部と、
前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換部と、
前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出部と
を備える計測装置。

【請求項2】

前記サンプリング実行部は、前記ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と、帯域が制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを生成し、
前記抽出部は、前記第１デジタル信号の周波数分布データとの差分として前記第２デジタル信号の周波数分布データから抽出されたピーク波形の周波数を、前記ナイキスト周波数を基準として折り返す、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記サンプリング実行部は、前記ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と、帯域が制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを生成し、
前記抽出部は、前記第２デジタル信号の周波数分布データとの共通点として前記第１デジタル信号の周波数分布データから抽出されたピーク波形の周波数を、前記ナイキスト周波数を基準として折り返す、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項4】

前記サンプリング実行部は、前記ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と、前記ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを生成し、
前記抽出部は、前記第１デジタル信号の周波数分布データとの差分として前記第２デジタル信号の周波数分布データから抽出されたピーク波形の周波数を、前記ナイキスト周波数を基準として折り返す、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項5】

計測装置が実行する計測方法であって、
入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタステップと、
帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行ステップと、
前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換ステップと、
前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出ステップと
を含む計測方法。

【請求項6】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置、計測方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

振動の計測結果に基づいて軸受の異常を診断する装置（振動の計測装置）が、特許文献１に開示されている。図１１は、計測装置の構成例を示す図である。図１１に例示された計測装置は、計測対象（例えば、軸受）の振動の卓越周波数を計測する。計測装置は、ローパスフィルタと、アナログ・デジタル変換部と、高速フーリエ変換部とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－０５６６８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１２は、計測処理の例を示す図である。ローパスフィルタには、計測対象の振動の波形信号が入力される。ローパスフィルタは、入力された波形信号において、カットオフ周波数を超える帯域を制限する。このため、カットオフ周波数を超える卓越周波数を計測することはできない。図１２では、カットオフ周波数は、所定のナイキスト周波数である。アナログ・デジタル変換部は、入力された波形信号（アナログ信号）に対してサンプリング処理を実行することよって、波形信号（デジタル信号）を生成する。高速フーリエ変換部は、波形信号（デジタル信号）に対して、高速フーリエ変換を実行する。

【0005】

このような計測装置では、計測対象の振動の卓越周波数（損傷周波数）が予め特定されている必要がある。なぜなら、標本化定理により、計測対象の振動の卓越周波数がナイキスト周波数以下となるように、アナログ・デジタル変換部のサンプリング周波数が予め定められる必要があるからである。サンプリング周波数は、ナイキスト周波数の２逓倍である。このため、アナログ・デジタル変換部のサンプリング周波数は損傷周波数に対して十分に高い必要がある。しかしながら、サンプリング周波数が十分に高いアナログ・デジタル変換部のコストは非常に高い。アナログ・デジタル変換部のコストの増加を抑制するためには、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数が計測可能であることが望ましい。

【0006】

上記事情に鑑み、本発明は、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である計測装置、計測方法及びプログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタと、帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行部と、前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換部と、前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出部とを備える計測装置である。

【0008】

本発明の一態様は、計測装置が実行する計測方法であって、入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタステップと、帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行ステップと、前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換ステップと、前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出ステップとを含む計測方法である。

【0009】

本発明の一態様は、上記の計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0010】

本発明により、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。

【図2】第１実施形態における、計測処理の例を示す図である。

【図3】第１実施形態における、計測装置の動作例を示すフローチャートである。

【図4】第２実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。

【図5】第２実施形態における、計測処理の例を示す図である。

【図6】第２実施形態における、計測装置の動作例を示すフローチャートである。

【図7】第３実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。

【図8】第３実施形態における、計測処理の例を示す図である。

【図9】第３実施形態における、計測装置の動作例を示すフローチャートである。

【図10】第４実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。

【図11】計測装置の構成例を示す図である。

【図12】計測処理の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における、計測装置１ａの構成例を示す図である。計測装置１ａは、周波数を計測する装置である。計測装置１ａは、切替部１０と、ローパスフィルタ１１と、アナログ・デジタル変換部１２と、高速フーリエ変換部１３と、計測部１４ａと、記憶装置１５と、出力部１６とを備える。なお、ローパスフィルタ１１は、バンドパスフィルタでもよい。

【0013】

計測装置１ａの各機能部のうちの一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶部（例えば、記憶装置１５）に記憶されたプログラムを実行することにより、ソフトウェアとして実現される。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記録媒体である。

【0014】

計測装置１ａの各機能部のうちの一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いた電子回路（electronic circuit又はcircuitry）を含むハードウェアを用いて実現されてもよい。

【0015】

センサ（不図示）又は測定装置（不図示）は、計測対象の振動（例えば、音）を測定する。計測対象とは、例えばポンプの回転軸の軸受である。センサは、例えば加速度センサである。測定装置は、例えば騒音計である。センサ又は測定装置は、計測された振動の波形信号を生成する。

【0016】

切替部１０は、センサ又は測定装置から、計測された振動の波形信号（アナログ信号）を取得する。切替部１０は、ローパスフィルタ１１及びアナログ・デジタル変換部１２に、例えば所定周期で交互に波形信号を出力する。すなわち、切替部１０は、波形信号の出力先を、例えば所定周期で交互に切り替える。所定周期は、例えば、計測対象の損傷周波数に基づいて定められる。所定周期は、例えば、測定対象の軸受における回転軸の回転周期に基づいて定められる。

【0017】

ローパスフィルタ１１は、入力された波形信号の帯域を制限する機能部である。ローパスフィルタ１１は、波形信号が切替部１０から入力された場合、カットオフ周波数以下の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。以下では、カットオフ周波数は、一例として、ナイキスト周波数に等しい。なお、カットオフ周波数は、計測対象の振動特性に応じて着目された周波数の帯域（例えば、損傷周波数を含む帯域）に合わせて定められてもよい。周波数の帯域が絞られることによって、表示処理及び演算処理を軽量化することが可能である。

【0018】

ナイキスト周波数は、アナログ・デジタル変換部１２が実行するアナログ・デジタル変換処理におけるサンプリング周波数の半分の周波数である。換言すれば、サンプリング周波数は、ナイキスト周波数の２逓倍である。

【0019】

アナログ・デジタル変換部１２には、例えば所定周期で、波形信号が切替部１０及びローパスフィルタ１１から交互に入力される。すなわち、第１期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から入力される。第１期間とは異なる第２期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から入力される。

【0020】

アナログ・デジタル変換部１２は、入力された波形信号（アナログ信号）に対して、アナログ・デジタル変換処理を実行する。すなわち、アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、入力された波形信号に対して、所定のサンプリング周波数でサンプリング処理を実行する。ここで、サンプリング周波数は、一例として１００Ｈｚである。したがって、ナイキスト周波数は、一例として５０Ｈｚ（＝１００／２Ｈｚ）である。アナログ・デジタル変換部１２は、生成された波形信号（デジタル信号）を、高速フーリエ変換部１３に出力する。

【0021】

アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、フィルタによって帯域が制限された波形信号の周波数分布データ（以下「制限周波数データ」という。）を、計測部１４ａに出力する。

【0022】

アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限されていない波形信号（エイリアシングの影響を含む波形信号）に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、フィルタによって帯域が制限されていない波形信号の周波数分布データ（以下「非制限周波数データ」という。）を、計測部１４ａに出力する。

【0023】

アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、計測部１４ａは、制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ａは、制限周波数データを記憶装置１５に記録する。

【0024】

アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から波形信号が入力されている場合、計測部１４ａは、非制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ａは、非制限周波数データを記憶装置１５に記録する。

【0025】

計測部１４ａ（抽出部）は、制限周波数データにおけるピーク波形と非制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ａは、非制限周波数データにおいて差分として抽出されたピーク波形の周波数（卓越周波数）を計測する。計測部１４ａは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されたピーク波形の周波数を折り返す。計測部１４ａは、制限周波数データと、折り返された周波数のピーク波形のデータとを、出力部１６に出力する。

【0026】

記憶装置１５は、制限周波数データと非制限周波数データとを記憶する。記憶装置１５は、折り返された周波数のピーク波形のデータを記憶してもよい。

【0027】

出力部１６は、制限周波数データと、折り返された周波数のピーク波形のデータとを、表示装置等の外部装置（不図示）に出力する。出力部１６（表示部）は、制限周波数データに基づく周波数分布（周波数スペクトル）の画像と、折り返された周波数のピーク波形の画像とを、並べて表示してもよい。

【0028】

次に、計測処理について説明する。
図２は、第１実施形態における、計測処理の例を示す図である。計測部１４ａは、制限周波数データ１００におけるピーク波形と非制限周波数データ２００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。図２では、制限周波数データ１００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とである。図２では、非制限周波数データ２００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とピーク波形１０３とである。

【0029】

計測部１４ａは、非制限周波数データ２００において差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。図２では、ピーク波形１０３の周波数は、一例として３０Ｈｚである。計測部１４ａは、ナイキスト周波数（５０Ｈｚ）を基準として、差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数を折り返す。すなわち、計測部１４ａは、ナイキスト周波数を鏡として、ピーク波形１０３を反転する。この結果、折り返された周波数は、７０Ｈｚ（＝５０＋（５０－３０）Ｈｚ）である。計測部１４ａは、制限周波数データ１００と、折り返された周波数（７０Ｈｚ）のピーク波形１０４のデータとを、出力部１６に出力する。

【0030】

次に、計測装置１ａの動作例を説明する。
図３は、第１実施形態における、計測装置１ａの動作例を示すフローチャートである。切替部１０は、波形信号（アナログ信号）をセンサ等（不図示）から取得する（ステップＳ１０１）。計測部１４ａは、アナログ・デジタル変換部１２のサンプリング周波数（例えば、１００Ｈｚ）に基づいて、ナイキスト周波数を導出する（ステップＳ１０２）。

【0031】

第１期間において、ローパスフィルタ１１は、入力された波形信号に対して、ローパスフィルタ処理を実行する（ステップＳ１０３）。アナログ・デジタル変換部１２は、サンプリング周波数に基づいて、帯域が制限された波形信号（アナログ信号）に対して、サンプリング処理を実行する。これによって、アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限された波形信号（アナログ信号）を、帯域が制限された波形信号（デジタル信号）に変換する（ステップＳ１０４－１）。高速フーリエ変換部１３は、ナイキスト周波数以下の帯域について、帯域が制限された波形信号（デジタル信号）に対して高速フーリエ変換を実行する。これによって、高速フーリエ変換部１３は、制限周波数データを生成する（ステップＳ１０５－１）。

【0032】

第１期間とは異なる第２期間において、アナログ・デジタル変換部１２は、サンプリング周波数に基づいて、帯域が制限されていない波形信号（アナログ信号）に対して、サンプリング処理を実行する。これによって、アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限されていない波形信号（アナログ信号）を、帯域が制限されていない波形信号（デジタル信号）に変換する（ステップＳ１０４－２）。高速フーリエ変換部１３は、ナイキスト周波数以下の帯域について、帯域が制限されていない波形信号（デジタル信号）に対して高速フーリエ変換を実行する。これによって、高速フーリエ変換部１３は、非制限周波数データを生成する（ステップＳ１０５－２）。

【0033】

計測部１４ａは、制限周波数データにおけるピーク波形と非制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する（ステップＳ１０６）。計測部１４ａは、ナイキスト周波数を基準として、差分のピーク波形の周波数を折り返す（ステップＳ１０７）。計測部１４ａは、サンプリング周波数以下の帯域について、周波数分布を生成する（ステップＳ１０８）。出力部１６は、サンプリング周波数以下の帯域について、周波数分布を出力する。すなわち、出力部１６は、ナイキスト周波数の２逓倍以下の帯域について、周波数分布を出力する（ステップＳ１０９）。

【0034】

以上のように、ローパスフィルタ１１は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以下の帯域となるように制限する。アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号を、サンプリング周波数に基づいて生成する。アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限されていないアナログ信号に基づく第２デジタル信号を、サンプリング周波数に基づいて生成する。高速フーリエ変換部１３は、第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ１００）と、第２デジタル信号の周波数分布データ（非制限周波数データ２００）とを、ナイキスト周波数以下の帯域について生成する。

【0035】

計測部１４ａ（抽出部）は、第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ１００）におけるピーク波形の有無と、第２デジタル信号の周波数分布データ（非制限周波数データ２００）におけるピーク波形の有無との差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ａは、ナイキスト周波数を基準として、差分に基づいてピーク波形１０３の周波数を折り返す。ここで、計測部１４ａは、制限周波数データ１００との差分として非制限周波数データ２００から抽出されたピーク波形１０３の周波数を、ナイキスト周波数を基準として折り返す。

【0036】

これによって、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。すなわち、エイリアシング（折り返し雑音）の現象を利用して、周波数分布をサンプリング周波数まで計測することが可能である。ここで、計測対象（軸受等）の周波数（損傷周波数）が予め特定されている必要がない。すなわち、取り扱われる周波数領域が予め特定されている必要がない。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測装置のコストの増加を抑制することが可能である。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測対象の周波数（損傷周波数）を計測するためのデータ容量の増加を抑制することが可能である。

【0037】

（第２実施形態）
第２実施形態では、計測装置がローパスフィルタを備えない点と、計測装置がハイパスフィルタを備える点とが、第１実施形態との差分である。第２実施形態では、第１実施形態との差分を中心に説明する。

【0038】

図４は、第２実施形態における、計測装置１ｂの構成例を示す図である。計測装置１ｂは、周波数を計測する装置である。計測装置１ｂは、切替部１０と、アナログ・デジタル変換部１２と、高速フーリエ変換部１３と、計測部１４ｂと、記憶装置１５と、出力部１６と、ハイパスフィルタ１７とを備える。なお、ハイパスフィルタ１７は、バンドパスフィルタでもよい。

【0039】

ハイパスフィルタ１７は、入力された波形信号の帯域を制限する機能部である。ハイパスフィルタ１７は、波形信号が切替部１０から入力された場合、ナイキスト周波数以上の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。ハイパスフィルタ１７のカットオフ周波数は、例えば、ナイキスト周波数に等しい周波数である。

【0040】

アナログ・デジタル変換部１２には、例えば所定周期で、波形信号が切替部１０及びハイパスフィルタ１７から交互に入力される。すなわち、第１期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から入力される。第１期間とは異なる第２期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から入力される。

【0041】

アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、制限周波数データを計測部１４ｂに出力する。

【0042】

アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限されていない波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、非制限周波数データを計測部１４ｂに出力する。

【0043】

次に、計測処理について説明する。
図５は、第２実施形態における、計測処理の例を示す図である。計測部１４ｂは、制限周波数データ４００におけるピーク波形と非制限周波数データ２００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。図５では、制限周波数データ４００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０３である。図５では、非制限周波数データ２００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とピーク波形１０３とである。

【0044】

計測部１４ｂは、非制限周波数データ２００において差分（相違点）として抽出されないピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。図５では、ピーク波形１０３の周波数は、一例として３０Ｈｚである。計測部１４ｂは、ナイキスト周波数（５０Ｈｚ）を基準として、差分として抽出されないピーク波形１０３（共通点として抽出されたピーク波形１０３）の周波数を折り返す。すなわち、計測部１４ａは、ナイキスト周波数を鏡として、ピーク波形１０３を反転する。この結果、折り返された周波数は、７０Ｈｚ（＝５０＋（５０－３０）Ｈｚ）である。計測部１４ｂは、非制限周波数データ２００と、折り返された周波数（７０Ｈｚ）のピーク波形１０４のデータとを、出力部１６に出力する。

【0045】

次に、計測装置１ｂの動作例を説明する。
図６は、第２実施形態における、計測装置１ｂの動作例を示すフローチャートである。ステップＳ２０１からステップＳ２０２までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０１からステップＳ１０２までの各動作と同様である。

【0046】

第１期間において、ハイパスフィルタ１７は、入力された波形信号に対して、ハイパスフィルタ処理を実行する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０４－１からステップＳ２０５－１までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０４－１からステップＳ１０５－１までの各動作と同様である。また、ステップＳ２０４－２からステップＳ２０５－２までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０４－２からステップＳ１０５－２までの各動作と同様である。

【0047】

ステップＳ２０６の動作は、図３に示されたステップＳ１０６の動作と同様である。計測部１４ｂは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されないピーク波形１０３の周波数を折り返す（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０８からステップＳ２０９までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０８からステップＳ１０９までの各動作と同様である。

【0048】

以上のように、ハイパスフィルタ１７は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以上の帯域となるように制限する。アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号を生成する。アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限されていないアナログ信号に基づく第２デジタル信号を生成する。計測部１４ｂ（抽出部）は、第２デジタル信号の周波数分布データ（非制限周波数データ２００）との共通点として第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ４００）から抽出されたピーク波形１０３の周波数を、ナイキスト周波数を基準として折り返す。

【0049】

これによって、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。計測対象（軸受等）の周波数（損傷周波数）が予め特定されている必要がない。すなわち、取り扱われる周波数領域が予め特定されている必要がない。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測装置のコストの増加を抑制することが可能である。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測対象の周波数（損傷周波数）を計測するためのデータ容量の増加を抑制することが可能である。

【0050】

（第３実施形態）
第３実施形態では、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを計測装置が並列に備える点が、第１実施形態との差分である。第３実施形態では、第１実施形態との差分を中心に説明する。

【0051】

図７は、第３実施形態における、計測装置１ｃの構成例を示す図である。計測装置１ｃは、周波数を計測する装置である。計測装置１ｃは、切替部１０と、ローパスフィルタ１１と、アナログ・デジタル変換部１２と、高速フーリエ変換部１３と、計測部１４ａと、記憶装置１５と、出力部１６と、ハイパスフィルタ１７とを備える。なお、ローパスフィルタ１１とハイパスフィルタ１７とのうちの少なくとも一方は、バンドパスフィルタでもよい。

【0052】

切替部１０は、センサ又は測定装置から、波形信号（アナログ信号）を取得する。切替部１０は、ローパスフィルタ１１及びハイパスフィルタ１７に、例えば所定周期で交互に波形信号を出力する。すなわち、切替部１０は、波形信号の出力先を、例えば所定周期で交互に切り替える。

【0053】

ローパスフィルタ１１は、波形信号が切替部１０から入力された場合、ナイキスト周波数以下の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。ハイパスフィルタ１７は、波形信号が切替部１０から入力された場合、ナイキスト周波数以上の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。

【0054】

アナログ・デジタル変換部１２には、例えば所定周期で、波形信号がローパスフィルタ１１及びハイパスフィルタ１７から交互に入力される。すなわち、第１期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から入力される。第１期間とは異なる第２期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から入力される。

【0055】

アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、第１の制限周波数データを計測部１４ｃに出力する。

【0056】

アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、第２の制限周波数データを計測部１４ｃに出力する。

【0057】

計測部１４ｃは、アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、第１の制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ｃは、第１の制限周波数データを記憶装置１５に記録する。計測部１４ｃは、アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から波形信号が入力されている場合、第２の制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ｃは、第２の制限周波数データを記憶装置１５に記録する。

【0058】

計測部１４ｃは、第１の制限周波数データにおけるピーク波形と第２の制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ｃは、第２の制限周波数データにおいて差分として抽出されたピーク波形の周波数（卓越周波数）を計測する。計測部１４ｃは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されたピーク波形の周波数を折り返す。計測部１４ｃは、制限周波数データと、折り返された周波数のピーク波形のデータとを、出力部１６に出力する。

【0059】

次に、計測処理について説明する。
図８は、第３実施形態における、計測処理の例を示す図である。計測部１４ｃは、制限周波数データ１００におけるピーク波形と制限周波数データ４００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。図８では、制限周波数データ１００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とである。図８では、制限周波数データ４００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０３である。

【0060】

計測部１４ｃは、制限周波数データ４００において差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。図８では、ピーク波形１０３の周波数は、一例として３０Ｈｚである。計測部１４ｃは、ナイキスト周波数（５０Ｈｚ）を基準として、差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数を折り返す。すなわち、計測部１４ｃは、ナイキスト周波数を鏡として、ピーク波形１０３を反転する。この結果、折り返された周波数は、７０Ｈｚ（＝５０＋（５０－３０）Ｈｚ）である。計測部１４ｃは、制限周波数データ１００と、折り返された周波数（７０Ｈｚ）のピーク波形１０４のデータとを、出力部１６に出力する。

【0061】

次に、計測装置１ｃの動作例を説明する。
図９は、第３実施形態における、計測装置１ｃの動作例を示すフローチャートである。第１期間において、ステップＳ３０１からステップＳ３０５－１までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０１からステップＳ１０５－１までの各動作と同様である。第２期間において、ステップＳ３０３－２からステップＳ３０５－２までの各動作は、図６に示されたステップＳ２０３からステップＳ２０５－１までの各動作と同様である。

【0062】

計測部１４ｃは、第１の制限周波数データにおけるピーク波形と第２の制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する（ステップＳ３０６）。計測部１４ｃは、ナイキスト周波数を基準として、第２の制限周波数データにおける差分のピーク波形の周波数を折り返す（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０８からステップＳ３０９までの各動作は、図３に示されたステップＳ３０８からステップＳ３０９までの各動作と同様である。

【0063】

以上のように、ローパスフィルタ１１は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以下の帯域となるように制限する。ハイパスフィルタ１７は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以上の帯域となるように制限する。アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号を生成する。アナログ・デジタル変換部１２は、ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第２デジタル信号を生成する。計測部１４ｃ（抽出部）は、第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ１００）との差分として第２デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ４００）から抽出されたピーク波形１０３の周波数を、ナイキスト周波数を基準として折り返す。

【0064】

第３実施形態ではフィルタの数が多いので、騒音の周波数が広帯域に分布する環境でも、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。

【0065】

（第４実施形態）
第４実施形態では、ローパスフィルタの系統とハイパスフィルタの系統との両方に波形信号が並列に分配される点が、第３実施形態との差分である。第４実施形態では、第３実施形態との差分を中心に説明する。

【0066】

図１０は、第４実施形態における、計測装置１ｄの構成例を示す図である。計測装置１ｄは、周波数を計測する装置である。計測装置１ｄは、ローパスフィルタ１１と、アナログ・デジタル変換部１２－１と、アナログ・デジタル変換部１２－２と、高速フーリエ変換部１３－１と、高速フーリエ変換部１３－２と、計測部１４ａと、記憶装置１５と、出力部１６と、ハイパスフィルタ１７と、分配部１８とを備える。なお、ローパスフィルタ１１とハイパスフィルタ１７とのうちの少なくとも一方は、バンドパスフィルタでもよい。

【0067】

分配部１８は、入力された波形信号を、ローパスフィルタ１１の系統とハイパスフィルタ１７の系統との両方に（並列に）分配する。ローパスフィルタ１１は、ナイキスト周波数以下の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２－１に出力する。アナログ・デジタル変換部１２－１には、波形信号がローパスフィルタ１１から入力される。高速フーリエ変換部１３－１は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３－１は、制限周波数データ１００を計測部１４ｄに出力する。

【0068】

ハイパスフィルタ１７は、ナイキスト周波数以上の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２－２に出力する。アナログ・デジタル変換部１２－２には、波形信号がハイパスフィルタ１７から入力される。高速フーリエ変換部１３－２は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、制限周波数データ４００を計測部１４ｄに出力する。

【0069】

計測部１４ｄは、制限周波数データ１００におけるピーク波形と制限周波数データ４００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ｄは、制限周波数データ４００において差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。計測部１４ｄは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数を折り返す。計測部１４ｄは、制限周波数データ１００と、折り返された周波数のピーク波形１０３のデータとを、出力部１６に出力する。

【0070】

以上のように、分配部１８は、入力された波形信号を、ローパスフィルタ１１の系統とハイパスフィルタ１７の系統との両方に（並列に）分配する。これによって、波形信号の入力系統が切り替えられる必要がないので、短時間で変動する波形信号（定常的でない波形信号）においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。

【0071】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【0072】

例えば、計測装置は、卓越周波数に基づいて計測対象の異常を診断してもよい。

【符号の説明】

【0073】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…計測装置、１０…切替部、１１…ローパスフィルタ、１２…アナログ・デジタル変換部、１３…高速フーリエ変換部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…計測部、１５…記憶装置、１６…出力部、１７…ハイパスフィルタ、１８…分配部、１００…制限周波数データ、１０１…ピーク波形、１０２…ピーク波形、１０３…ピーク波形、１０４…ピーク波形、２００…非制限周波数データ、３００…計測周波数データ、４００…制限周波数データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】