特開 2024-93242 信号処理方法、信号処理装置及び信号処理プログラム

(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】P2024093242

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】信号処理方法、信号処理装置及び信号処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01H 11/06 20060101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

G01H11/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022209490

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】轟原 正義

【テーマコード（参考）】

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G064AA01

2G064AA11

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC02

2G064CC41

2G064CC42

2G064DD02

(57)【要約】

【課題】回転パルス信号を必要とせずに対象物の状態を表す指標を算出することが可能な信号処理方法を提供すること。
【解決手段】Ｎを１以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、前記対象物の状態を表す指標として、前記各整数ｉに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｉの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数の有理数倍の周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、を含む、信号処理方法。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、
を含む、信号処理方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１～第Ｎの時間波形に基づいて、前記対象物の状態を表す指標となるベクトルを算出する第２状態指標算出工程を含む、信号処理方法。

【請求項3】

請求項２において、
前記ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形を生成するリサージュ図形生成工程を含む、信号処理方法。

【請求項4】

Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得回路と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成回路と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出回路と、
を備える、信号処理装置。

【請求項5】

Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、
をコンピューターに実行させる、信号処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号処理方法、信号処理装置及び信号処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転機器の振動診断において、回転の位相情報を用いた診断を実施しようとする場合、回転機器から振動時間波形と回転パルス信号を得た上で、回転パルス信号に同期する振動波形成分を取り出し、診断を実施する。例えば、非特許文献１には、回転パルスを絶対基準とした振動時間波形やオービット図を得る、また回転パルスに同期した振動波形成分を抽出しフルスペクトラムを得る等により、目的とする診断を実施する方法および手順が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】API Standard 670. Machinery Protection Systems. FIFTH EDITION | NOVEMBER 2014.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の手法では、回転機器から回転パルス信号を得て、回転パルス信号に同期する振動波形成分を取り出すために、ＰＬＬ、トラッキングフィルター、ローパスフィルター等のシグナルコンディショナーを併用して前処理を行う必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る信号処理方法の一態様は、
Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、
を含む。

【0006】

本発明に係る信号処理装置の一態様は、
Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得回路と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成回路と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出回路と、
を備える。

【0007】

本発明に係る信号処理プログラムの一態様は、
Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、
をコンピューターに実行させる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】減衰のある場合の１自由度系の強制振動モデルを示す図。

【図2】第１実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート図。

【図3】真空ポンプの構成を示す概略斜視図。

【図4】時間波形の一例を示す図。

【図5】周波数スペクトルの一例を示す図。

【図6】フーリエ位相の一例を示す図。

【図7】位相の差分の一例を示す図。

【図8】位相の差分の経時変化の一例を示す図。

【図9】第１実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置の構成例を示す図。

【図10】第２実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート図。

【図11】リサージュ図形の一例を示す図。

【図12】リサージュ図形の経時変化の一例を示す図。

【図13】リサージュ図形の経時変化の一例を示す図。

【図14】リサージュ図形の経時変化の他の一例を示す図。

【図15】リサージュ図形の経時変化の他の一例を示す図。

【図16】リサージュ図形の経時変化の他の一例を示す図。

【図17】第２実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置の構成例を示す図。

【図18】第３実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート図。

【図19】位相の差分の一例を示す図。

【図20】位相の差分の経時変化の一例を示す図。

【図21】第３実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置の構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0010】

１．第１実施形態
１－１．考察
図１に示すように、減衰のある場合の１自由度系の強制振動モデルを仮定し、振動の位相情報から減衰定数を算定することを考える。質量ｍに対し調和外力を印加した場合の運動方程式の解は、調和外力を０とした時の基本解と、調和外力に対応する特解の和で与えられ、図１のモデルに対応する定常状態における振動については、特解の振る舞いを考えればよい。調和外力の角周波数をωとすると、運動方程式は式（１）の形で表される。式（１）において、ｘは質量ｍの変位であり、ｋはバネ定数であり、ｃは減衰係数である。

【0011】

【数1】

【0012】

式（１）の特解は式（２）の形で表される。φは式（３）で与えられ、ω_ｎは系の共振角振動数であり、ζは減衰定数である。

【0013】

【数2】

【0014】

【数3】

【0015】

式（３）をζについて解くと、式（４）が得られる。

【0016】

【数4】

【0017】

外力Ｆが式（５）の形で表される場合、定常状態における振動は、式（６）のように、対応する特解の和で与えられる。

【0018】

【数5】

【0019】

【数6】

【0020】

式（４）において、φをφ_ｍに置き換え、ωをｍωに置き換え、ζをζ_ｍに置き換えることにより、式（７）の関係が得られる。

【0021】

【数7】

【0022】

外力Ｆが既知である特殊な場合を考えると、定常状態での２つの調和振動についての位相φ_ｋ，φ_ｌがわかれば、減衰定数ζの周波数依存性が無視できると仮定してζ_ｋ＝ζ_ｌと置くことにより、式（８）の関係が得られる。ωは既知なので、式（８）よりω_ｎが求まり、式（７）より、減衰定数ζを算定することができる。

【0023】

【数8】

【0024】

一般に、回転機器の構成部品の劣化は、振動強度の増加として顕在化するよりも前に、バネ定数ｋや減衰定数ζの変化として現れることが知られている。上記のように、基本波および高調波に対応する複数の振動ピークについて、２つ以上の位相を取得すれば減衰定数ζを算定することができる。このことは、振動の位相には回転機器の状態に対応する情報が含まれており、２つの位相の差分が分析対象の状態を表す指標となり得ることを示唆している。すなわち、（φ_ｌ＋φ_ｌ０）－（φ_ｋ＋φ_ｋ０）のような値を指標として監視することで、バネ定数ｋや減衰定数ζのいずれかの変化を疑うことができる。

【0025】

１－２．信号処理方法
図２は、第１実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート図である。図２に示すように、第１実施形態の信号処理方法は、時間波形取得工程Ｓ１０と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、第１状態指標算出工程Ｓ３０と、を含む。なお、第１実施形態の信号処理方法は、これらの工程の一部が省略または変更され、あるいは、他の工程が付加されてもよい。第１実施形態の信号処理方法は、例えば、信号処理装置１００によって実行される。第１実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置１００の構成例については後述する。

【0026】

図２に示すように、まず、信号処理装置１００は、時間波形取得工程Ｓ１０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する。Ｎは２以上の所定の整数である。

【0027】

第ｉの物理量は、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる物理量である。

【0028】

第ｉの時間波形は、第ｉのセンサーから出力されるデジタル信号の時系列データであってもよいし、第ｉのセンサーから出力されるアナログ信号がアナログフロントエンドによって変換されたデジタル信号の時系列データであってもよい。対象物は、信号処理の対象となる物であり、その種類は特に限定されず、例えば、回転機構や振動機構を有するモーター等の各種の装置であってもよいし、外力によって振動する橋梁やビル等の構造物であってもよいし、周期性を有する信号を発生させる電気回路であってもよい。以下では、第１～第Ｎの時間波形は、互いに同期しているものとするが、第１～第Ｎの時間波形の２つ以上が互いに非同期である場合は、第１～第Ｎの時間波形を、所定のサンプリングレートでリサンプリングすることによって同期させればよい。

【0029】

第１～第Ｎの物理量の種類は特に限定されず、例えば、第１～第Ｎの物理量は、加速度、角速度、速度、変位、圧力、電流、電圧等であってもよい。第１～第Ｎの物理量は、同じ種類の物理量であってもよい。すなわち、第１～第Ｎのセンサーは同じ種類の物理量を検出するセンサーであってもよい。例えば、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に対して、第１のセンサーは第１の物理量としてｘ軸方向の速度を検出し、第２のセンサーは第２の物理量としてｙ軸方向の速度を検出し、第３のセンサーは第３の物理量としてｚ軸方向の速度を検出してもよい。あるいは、第１～第Ｎのセンサーの一部が他と異なる種類の物理量を検出するセンサーであってもよい。例えば、第１のセンサーは第１の物理量としてｘ軸方向の加速度を検出し、第２のセンサーは第２の物理量としてｙ軸方向の角速度を検出してもよい。また、第１～第Ｎのセンサーは、例えば、ＭＥＭＳを用いたセンサーであってもよいし、水晶振動子を用いたセンサーであってもよい。ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。また、第１～第Ｎのセンサーは、例えば、ＩＭＵ等の１つの装置に内蔵されていてもよいし、第１～第Ｎのセンサーの少なくとも１つが他のセンサーから物理的に分離していてもよい。ＩＭＵは、Inertial Measurement Unitの略である。

【0030】

図３に、対象物の一例である真空ポンプ１を示す。図３に示すように、真空ポンプ１は基台２０上に設置される。真空ポンプ１は断面形状が略長丸の柱状である。真空ポンプ１の長手方向をＸ方向とする。長丸の長軸方向をＹ方向とし、長丸の短軸方向をＺ方向とする。

【0031】

真空ポンプ１は筐体３を備える。筐体３は－Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に向かって配置されたモーターケース４、接続部５、ポンプケース６及びギアケース７を備える。筐体３は接続部５とポンプケース６との間に軸受ケーシングとしての第１側壁８を備える。筐体３はポンプケース６とギアケース７との間に第２側壁９を備える。

【0032】

ポンプケース６には＋Ｚ方向側の面に吸気管１１が接続される。ポンプケース６には－Ｚ方向側の面に排気管１２が接続される。

【0033】

接続部５は基台２０側に第１脚部１３及び第２脚部を備える。第１脚部１３は－Ｙ方向側に配置され、第２脚部は＋Ｙ方向側に配置される。ギアケース７は基台２０側に第３脚部１４及び第４脚部を備える。第３脚部１４は－Ｙ方向側に配置され、第４脚部は＋Ｙ方向側に配置される。第１脚部１３～第４脚部は第１ボルト１５により基台２０に締結される。

【0034】

筐体３にはセンサーユニット１７が取り付けられる。センサーユニット１７は、例えば接続部５に取り付けられる。センサーユニット１７は、その内部に不図示の第１～第Ｎのセンサーを備えている。例えば、第１のセンサーはｘ軸方向の速度を検出する速度センサーであり、第２のセンサーはｙ軸方向の速度を検出する速度センサーであり、第３のセンサーはｚ軸方向の速度を検出する速度センサーであってもよい。例えば、センサーユニット１７は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の各方向がそれぞれ＋Ｘ方向、＋Ｙ方向及び＋Ｚ方向と一致するように取り付けられる。

【0035】

図４に、整数Ｎを３として、信号処理装置１００が、時間波形取得工程Ｓ１０において取得する第１～第Ｎの時間波形の一例を示す。図４に示す３つの時間波形は、図３に示した真空ポンプ１のような回転機器に取り付けられた３軸速度センサーの出力信号に基づく３軸速度の時間波形である。図４の例では、整数Ｎが３であり、ｘ軸速度Ｖｘの時間波形が第１の時間波形に相当し、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形が第２の時間波形に相当し、ｚ軸速度Ｖｚの時間波形が第３の時間波形に相当する。図４において、横軸は時間であり、縦軸は速度である。ｘ軸速度Ｖｘは、３軸速度センサーに内蔵されている第１のセンサーとしてのｘ軸速度センサーによって検出された速度である。ｙ軸速度Ｖｙは、３軸速度センサーに内蔵されている第２のセンサーとしてのｙ軸速度センサーによって検出された速度である。ｚ軸速度Ｖｚは、３軸速度センサーに内蔵されている第３のセンサーとしてのｚ軸速度センサーによって検出された速度である。図４では、取得された各時間波形のうちの１秒間の時間波形のみが示されているが、実際には、工程Ｓ２０以降の処理に必要な時間長、例えば３０秒間以上の各時間波形が取得される。

【0036】

図２に示すように、次に、信号処理装置１００は、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する。例えば、信号処理装置１００は、第１～第Ｎの時間波形をそれぞれ高速フーリエ変換して第１～第Ｎの周波数スペクトルを生成してもよい。

【0037】

図５に、図４のｘ軸速度Ｖｘの時間波形、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形及びｚ軸速度Ｖｚの時間波形のそれぞれの周波数スペクトルを示す。図５において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。例えば、信号処理装置１００は、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０において、第１の周波数スペクトルとしてｘ軸速度Ｖｘの周波数スペクトルを生成し、第２の周波数スペクトルとしてｙ軸速度Ｖｙの周波数スペクトルを生成し、第３の周波数スペクトルとしてｚ軸速度Ｖｚの周波数スペクトルを生成する。

【0038】

図２に示すように、次に、信号処理装置１００は、第１状態指標算出工程Ｓ３０において、対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０で生成した第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する。具体的には、まず、信号処理装置１００は、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０において、第１の時間波形を高速フーリエ変換して得られた複数のピークのいずれかに対応する第１の信号成分の周波数関数Ｆ（ω_１）の実数部及び虚数部から第１の信号成分のフーリエ位相φ_１を算出する。次に、信号処理装置１００は、各整数ｊに対して、第ｊの時間波形を高速フーリエ変換して得られた複数のピークの１つであり、かつ、第１の信号成分と同じ周波数である第２の信号成分の周波数関数Ｆ（ω_２）の実数部及び虚数部から第２の信号成分のフーリエ位相φ_２を算出する。次に、信号処理装置１００は、フーリエ位相φ_２からフーリエ位相φ_１を減算することにより、第１の信号成分の位相と第２の信号成分の位相との差分を算出する。例えば、第１の信号成分及び第２の信号成分は、ともに基本波成分であってもよいし、ともに各次数の高調波成分であってもよい。

【0039】

図６に、図４に示したｘ軸速度Ｖｘ、ｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚにおける第１の信号成分及び第２の信号成分の各フーリエ位相の一例を示す。また、図７に、図６のフーリエ位相から算出されるｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚの各々における位相の差分の一例を示す。なお、図７には、参考までにｘ軸速度Ｖｘのフーリエ位相も示されている。図６及び図７において、横軸は周波数であり、縦軸は位相である。図５に示したように、ｘ軸速度Ｖｘの周波数スペクトル、ｙ軸速度Ｖｙの周波数スペクトル及びｚ軸速度Ｖｚの周波数スペクトルは、複数のピークを含み、その一部である黒丸を付した複数のピークは、基本波成分である約８４Ｈｚのピークと第２次～第１４次の高調波成分のピークである。図７では、ｘ軸速度Ｖｘに含まれる約８４Ｈｚの基本波成分及び第２次～第１４次の高調波成分をそれぞれ第１の信号成分とし、ｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚのそれぞれに含まれる約８４Ｈｚの基本波成分及び第２次～第１４次の高調波成分をそれぞれ第２の信号成分として、第２の信号成分のフーリエ位相から第１の信号成分のフーリエ位相を減算して得られた位相の差分が示されている。

【0040】

図２に示すように、信号処理が終了するまで（工程Ｓ１００のＮ）、信号処理装置１００は、工程Ｓ１０～Ｓ３０を繰り返し行う。

【0041】

先の考察より、ユーザーは、第１～第Ｎの時間波形について、第１の信号成分の位相と第２の信号成分の位相との差分を監視し、当該差分に経時変化がみられる場合は、対象物の状態が変化したと推定することができる。図８に、図７に示したｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚの各々における位相の差分の経時変化の一例を示す。なお、図８には、参考までにｘ軸速度Ｖｘのフーリエ位相の経時変化も示されている。図８の例では、同日に計測した場合では、第１４次高調波を除いて位相の差分の変化は微小である。また、６か月後には、第４次、第５次、第７次及び第１０次以上の高調波において、位相の差分が大きく変化しており、６か月の間に対象物の状態が変化したと推定される。

【0042】

１－３．信号処理装置
図９は、第１実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置１００の構成例を示す図である。図９に示すように、信号処理装置１００は、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎ、Ｎ個のアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎ、処理回路１１０、記憶回路１２０、操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０及び通信部１６０を含む。なお、信号処理装置１００は、図９の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。例えば、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎやアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎは、信号処理装置１００の構成要素で無くてもよい。

【0043】

１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサー２００－ｉは、外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量を検出し、検出した第ｉの物理量に応じた大きさの信号を出力する。第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎの各々の出力信号は、アナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎの各々に入力される。

【0044】

アナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎの各々は、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎの各々の出力信号に対して増幅処理やＡ／Ｄ変換処理等を行ってデジタル時系列信号を出力する。

【0045】

処理回路１１０は、アナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎから出力されるＮ個のデジタル時系列信号を第１～第Ｎの時間波形として取得し、信号処理を行う。具体的には、処理回路１１０は、記憶回路１２０に記憶されている信号処理プログラム１２１を実行し、第１～第Ｎの時間波形に対する各種の計算処理を行う。その他、処理回路１１０は、操作部１３０からの操作信号に応じた各種の処理、表示部１４０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部１５０に各種の音を発生させるための音信号を送信する処理、不図示の外部装置とデータ通信を行うために通信部１６０を制御する処理等を行う。処理回路１１０は、例えば、ＣＰＵやＤＳＰによって実現される。ＣＰＵはCentral Processing Unitの略であり、ＤＳＰはDigital Signal Processorの略である。

【0046】

処理回路１１０は、信号処理プログラム１２１を実行することにより、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２及び第１状態指標算出回路１１３として機能する。すなわち、信号処理装置１００は、時間波形取得回路１１１と、周波数スペクトル生成回路１１２と、第１状態指標算出回路１１３と、を含む。

【0047】

時間波形取得回路１１１は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサー２００－ｉから、第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する。Ｎは１以上の所定の整数である。すなわち、時間波形取得回路１１１は、図２の時間波形取得工程Ｓ１０を実行する。時間波形取得回路１１１が取得した第１～第Ｎの時間波形は記憶回路１２０に記憶される。

【0048】

周波数スペクトル生成回路１１２は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、時間波形取得回路１１１が取得した第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する。すなわち、周波数スペクトル生成回路１１２は、図２の周波数スペクトル生成工程Ｓ２０を実行する。周波数スペクトル生成回路１１２が生成した第１～第Ｎの周波数スペクトルは記憶回路１２０に記憶される。

【0049】

第１状態指標算出回路１１３は、対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、周波数スペクトル生成回路１１２が生成した第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する。すなわち、第１状態指標算出回路１１３は、図２の第１状態指標算出工程Ｓ３０を実行する。第１状態指標算出回路１１３が算出した指標は記憶回路１２０に記憶される。

【0050】

このように、信号処理プログラム１２１は、時間波形取得工程Ｓ１０と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、第１状態指標算出工程Ｓ３０と、をコンピューターである処理回路１１０に実行させるプログラムである。

【0051】

記憶回路１２０は、不図示のＲＯＭ及びＲＡＭを有している。ＲＯＭはRead Only Memoryの略であり、ＲＡＭはRandom Access Memoryの略である。ＲＯＭは、信号処理プログラム１２１等の各種プログラムやあらかじめ決められたデータを記憶し、ＲＡＭは、処理回路１１０が生成したデータを記憶する。ＲＡＭは、処理回路１１０の作業領域としても用いられ、ＲＯＭから読み出されたプログラムやデータ、操作部１３０から入力されたデータ、処理回路１１０が一時的に生成したデータを記憶する。

【0052】

操作部１３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理回路１１０に出力する。

【0053】

表示部１４０は、ＬＣＤ等により構成される表示装置であり、処理回路１１０から出力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。ＬＣＤは、Liquid Crystal Displayの略である。表示部１４０には操作部１３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。例えば、表示部１４０は、処理回路１１０から出力される表示信号に基づいて、記憶回路１２０に記憶されている各種のデータの少なくとも一部を含む画面を表示してもよい。

【0054】

音出力部１５０は、スピーカー等によって構成され、処理回路１１０から出力される音信号に基づいて各種の音を発生させる。例えば、音出力部１５０は、処理回路１１０から出力される音信号に基づいて、信号処理の開始や終了を示す音を発生させてもよい。

【0055】

通信部１６０は、処理回路１１０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。例えば、通信部１６０は、記憶回路１２０に記憶されている各種のデータの少なくとも一部の情報を外部装置に送信し、外部装置は、受信した情報を不図示の表示部に表示してもよい。

【0056】

なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２及び第１状態指標算出回路１１３の少なくとも一部が、専用のハードウエアで実現されてもよい。また、信号処理装置１００は、単体の装置であってもよいし、複数の装置によって構成されてもよい。例えば、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎ及びアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎが第１の装置に含まれ、処理回路１１０、記憶回路１２０、操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０及び通信部１６０が第１の装置とは別体の第２の装置に含まれていてもよい。また、例えば、処理回路１１０及び記憶回路１２０がクラウドサーバー等の装置で実現され、当該装置が指標を算出し、算出した指標を、通信回線を介して操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０及び通信部１６０を含む端末に送信してもよい。

【0057】

１－４．作用効果
第１実施形態の信号処理方法によれば、信号処理装置１００が第１～第Ｎの時間波形から第１の信号成分の位相と第２の信号成分の位相との差分を算出するので、回転パルス信号を必要とせず、ＰＬＬ、トラッキングフィルター、ローパスフィルター等を併用する必要もない。また、第１～第Ｎの時間波形に含まれる各種の信号成分の位相には、対象物の状態に対応する情報が含まれているので、信号処理装置１００が、対象物の状態を表す指標として、第１の時間波形に含まれる第１の信号成分の位相と第２～第Ｎの時間波形に含まれる第２の信号成分の位相との差分を算出することができる。このように、第１実施形態の信号処理方法によれば、信号処理装置１００が、回転パルス信号を必要とせずに対象物の状態を表す指標を算出することができる。

【0058】

また、第１実施形態の信号処理方法によれば、対象物の状態を表す指標として複数の時間波形に基づく指標が得られる。

【0059】

２．第２実施形態
以下、第２実施形態について、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。

【0060】

図１０は、第２実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート図である。図１０に示すように、第２実施形態の信号処理方法は、時間波形取得工程Ｓ１０と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、第１状態指標算出工程Ｓ３０と、第２状態指標算出工程Ｓ６０と、リサージュ図形生成工程Ｓ７０と、を含む。さらに、第２実施形態の信号処理方法は、積分工程Ｓ４０及び微分工程Ｓ５０の少なくとも一方を含んでもよい。なお、第２実施形態の信号処理方法は、これらの工程の一部が省略または変更され、あるいは、他の工程が付加されてもよい。第２実施形態の信号処理方法は、例えば、信号処理装置１００によって実行される。第２実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置１００の構成例については後述する。

【0061】

図１０に示すように、まず、信号処理装置１００は、図２と同様の時間波形取得工程Ｓ１０を行って第１～第Ｎの時間波形を取得する。

【0062】

次に、信号処理装置１００は、図２と同様の周波数スペクトル生成工程Ｓ２０を行う。次に、信号処理装置１００は、図２と同様の第１状態指標算出工程Ｓ３０を行う。

【0063】

次に、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ４０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第ｉの時間波形に対して積分処理を行う。例えば、整数Ｎを３として、信号処理装置１００は、第１～第３の時間波形として取得した前出の図４に示したｘ軸速度Ｖｘの時間波形、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形及びｚ軸速度Ｖｚの時間波形をそれぞれ積分して、ｘ軸変位Ｄｘの時間波形、ｙ軸変位Ｄｙの時間波形及びｚ軸変位Ｄｚの時間波形を生成する。

【0064】

次に、信号処理装置１００は、微分工程Ｓ５０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第ｉの時間波形に対して微分処理を行う。例えば、整数Ｎを３として、信号処理装置１００は、第１～第３の時間波形として取得した前出の図４に示したｘ軸速度Ｖｘの時間波形、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形及びｚ軸速度Ｖｚの時間波形をそれぞれ微分して、ｘ軸加速度Ａｘの時間波形、ｙ軸加速度Ａｙの時間波形及びｚ軸加速度Ａｚの時間波形を生成する。

【0065】

次に、信号処理装置１００は、第２状態指標算出工程Ｓ６０において、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第１～第Ｎの時間波形に基づいて、対象物の状態を表す指標となるベクトルを算出する。信号処理装置１００は、対象物の状態を表す指標となるベクトルとして、第１～第Ｎの時間波形の各時刻の値を要素とするＮ次元のベクトルを算出してもよい。また、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ４０で第１～第Ｎの時間波形を積分処理して得られたＮ個の時間波形の各時刻の値を要素とするＮ次元のベクトルを算出してもよいし、微分工程Ｓ５０で第１～第Ｎの時間波形を微分処理して得られたＮ個の時間波形の各時刻の値を要素とするＮ次元のベクトルを算出してもよい。また、信号処理装置１００は、これらのいずれかのＮ次元のベクトルを微分してＮ次元の接線ベクトルを算出してもよいし、Ｎ次元の接線ベクトルをさらに階微分してＮ次元の主法線ベクトルを算出してもよい。例えば、当該Ｎ次元のベクトルが変位ベクトルである場合、接線ベクトルは速度ベクトルであり、主法線ベクトルは加速度ベクトルである。また、信号処理装置１００は、対象物の状態を表す指標となるベクトルとして、接線ベクトルと主法線ベクトルとの外積である従法線ベクトルを算出してもよいし、さらに従法線ベクトルを単位ベクトルに変換した振動面法線ベクトルを算出してもよい。

【0066】

次に、信号処理装置１００は、リサージュ図形生成工程Ｓ７０において、第２状態指標算出工程Ｓ６０で算出したベクトルに基づくリサージュ図形を生成する。信号処理装置１００は、Ｎ次元のベクトル、接線ベクトル、主法線ベクトル、従法線ベクトル又は振動面法線ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形を生成してもよい。

【0067】

そして、信号処理が終了するまで（工程Ｓ１００のＮ）、信号処理装置１００は、工程Ｓ１０～Ｓ７０を繰り返し行う。なお、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ４０の前に微分工程Ｓ５０を行ってもよいし、積分工程Ｓ４０及び微分工程Ｓ５０の少なくとも一方を行わなくてもよい。

【0068】

図１１に、リサージュ図形生成工程Ｓ７０で生成されるリサージュ図形の一例を示す。図１１において、Ａ１は、積分工程Ｓ４０で前出の図４に示したｘ軸速度Ｖｘの時間波形、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形及びｚ軸速度Ｖｚの時間波形を積分して生成されるｘ軸変位Ｄｘの時間波形、ｙ軸変位Ｄｙの時間波形及びｚ軸変位Ｄｚの時間波形から算出される３次元変位ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形である。Ｂ１は、Ａ１の変位ベクトルを微分して得られる接線ベクトルとしての３次元速度ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形である。Ｃ１は、Ｂ１の速度ベクトルをさらに微分して得られる主法線ベクトルとしての３次元加速度ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形である。Ｄ１は、Ｂ１の速度ベクトルとＣ１の加速度ベクトルとの外積である従法線ベクトルを単位ベクトルに変換した振動面法線ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形である。図１１に示されるいずれのリサージュ図形もある程度の規則性を有する軌跡となっていることがわかる。

【0069】

ユーザーは、リサージュ図形生成工程Ｓ７０で生成されるリサージュ図形を監視し、ベクトルの軌跡の規則性に経時変化がみられる場合は、対象物の状態が変化したと推定することができる。図１２に、図１１のＡ１に示した変位ベクトルの軌跡の経時変化の一例を示す。また、図１３に、図１１のＢ１に示した速度ベクトルの軌跡の経時変化の一例を示す。また、図１４に、図１１のＣ１に示した加速度ベクトルの軌跡の経時変化の一例を示す。また、図１５に、図１１のＤ１に示した振動面法線ベクトルの軌跡の経時変化の一例を示す。図１２～図１５のいずれの軌跡も６か月後には規則性が変化しており、６か月の間に対象物の状態が変化したと推定される。

【0070】

なお、信号処理装置１００は、第２状態指標算出工程Ｓ６０において、第１～第Ｎの時間波形に含まれる特定の周波数の信号成分を抽出して、対象物の状態を表す指標となるベクトルを算出してもよい。例えば、信号処理装置１００は、前出の図４に示したｘ軸速度Ｖｘの時間波形、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形及びｚ軸速度Ｖｚの時間波形から、約８４Ｈｚの基本波成分、第２次高調波成分、第３次高調波成分及び第４次高調波成分を抽出したｘ軸速度の時間波形、ｙ軸速度の時間波形及びｚ軸速度の時間波形を生成し、これらの３個の時間波形に基づいて、対象物の状態を表す指標となる３次元の速度ベクトルを算出してもよい。図１６に、この３次元速度ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形の経時変化の一例を示す。図１６の軌跡も、６か月後には規則性が変化しており、６か月の間に対象物の状態が変化したと推定される。

【0071】

なお、信号処理装置１００は、対象物の状態を表す指標として、リサージュ図形の幾何学的特徴、例えば、楕円の長軸や短軸、楕円面の法線ベクトル等をさらに算出してもよい。

【0072】

図１７は、第２実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置１００の構成例である。図１７に示すように、信号処理装置１００は、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎ、Ｎ個のアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎ、処理回路１１０、記憶回路１２０、操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０及び通信部１６０を含む。なお、信号処理装置１００は、図１７の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。例えば、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎやアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎは、信号処理装置１００の構成要素で無くてもよい。

【0073】

第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎ、アナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎ、記憶回路１２０、操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０、通信部１６０の構成及び機能は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0074】

処理回路１１０は、記憶回路１２０に記憶されている信号処理プログラム１２１を実行することにより、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、第１状態指標算出回路１１３、積分回路１１４、微分回路１１５、第２状態指標算出回路１１６及びリサージュ図形生成回路１１７として機能する。すなわち、信号処理装置１００は、時間波形取得回路１１１と、周波数スペクトル生成回路１１２と、第１状態指標算出回路１１３と、積分回路１１４と、微分回路１１５と、第２状態指標算出回路１１６と、リサージュ図形生成回路１１７と、を含む。

【0075】

時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２及び第１状態指標算出回路１１３の機能は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0076】

積分回路１１４は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、時間波形取得回路１１１が取得した第ｉの時間波形に対して積分処理を行う。すなわち、積分回路１１４は、図１０の積分工程Ｓ４０を実行する。積分回路１１４の積分処理により得られたＮ個の時間波形は記憶回路１２０に記憶される。

【0077】

微分回路１１５は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、時間波形取得回路１１１が取得した第ｉの時間波形に対して微分処理を行う。すなわち、微分回路１１５は、図１０の微分工程Ｓ５０を実行する。微分回路１１５の微分処理により得られたＮ個の時間波形は記憶回路１２０に記憶される。

【0078】

第２状態指標算出回路１１６は、時間波形取得回路１１１が取得した第１～第Ｎの時間波形に基づいて、対象物の状態を表す指標となるベクトルを算出する。すなわち、第２状態指標算出回路１１６は、図１０の第２状態指標算出工程Ｓ６０を実行する。第２状態指標算出回路１１６が算出したベクトルは記憶回路１２０に記憶される。

【0079】

リサージュ図形生成回路１１７は、第２状態指標算出回路１１６が算出したベクトルに基づくリサージュ図形を生成する。すなわち、リサージュ図形生成回路１１７は、図１０のリサージュ図形生成工程Ｓ７０を実行する。リサージュ図形生成回路１１７が生成したリサージュ図形は、表示部１４０に表示される。

【0080】

このように、信号処理プログラム１２１は、時間波形取得工程Ｓ１０と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、第１状態指標算出工程Ｓ３０と、積分工程Ｓ４０と、微分工程Ｓ５０と、第２状態指標算出工程Ｓ６０と、リサージュ図形生成工程Ｓ７０と、をコンピューターである処理回路１１０に実行させるプログラムである。

【0081】

なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、第１状態指標算出回路１１３、積分回路１１４、微分回路１１５、第２状態指標算出回路１１６及びリサージュ図形生成回路１１７の少なくとも一部が、専用のハードウエアで実現されてもよい。

【0082】

以上に説明した第２実施形態の信号処理方法によれば、第１実施形態の信号処理方法と同様の効果が得られる。さらに、第２実施形態の信号処理方法によれば、信号処理装置１００が、対象物の状態を表す指標となるベクトルを算出するので、比較的小さいデータ量でありながら対象物の状態を反映した情報が得られる。また、第２実施形態の信号処理方法によれば、ユーザーは、リサージュ図形によって対象物の状態を視覚的に理解することができる。

【0083】

３．第３実施形態
以下、第３実施形態について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。

【0084】

図１８は、第３実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート図である。図１８に示すように、第３実施形態の信号処理方法は、時間波形取得工程Ｓ１０と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、第１状態指標算出工程Ｓ３０と、第３状態指標算出工程Ｓ３２と、積分工程Ｓ４０と、微分工程Ｓ５０と、第２状態指標算出工程Ｓ６０と、リサージュ図形生成工程Ｓ７０と、を含む。なお、第３実施形態の信号処理方法は、これらの工程の一部が省略または変更され、あるいは、他の工程が付加されてもよい。第３実施形態の信号処理方法は、例えば、信号処理装置１００によって実行される。第３実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置１００の構成例については後述する。

【0085】

図１８に示すように、まず、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様の時間波形取得工程Ｓ１０を行って第１～第Ｎの時間波形を取得する。

【0086】

次に、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様の周波数スペクトル生成工程Ｓ２０を行う。次に、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様の第１状態指標算出工程Ｓ３０を行う。

【0087】

次に、信号処理装置１００は、第３状態指標算出工程Ｓ３２において、対象物の状態を表す指標として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０で生成した第１の周波数スペクトルに含まれる第３のピークに対応する第３の信号成分の位相と、第ｉの周波数スペクトルに含まれる第４のピークに対応し、第３の信号成分の周波数の有理数倍の周波数である第４の信号成分の位相との差分を算出する。具体的には、まず、信号処理装置１００は、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０において、第１の時間波形を高速フーリエ変換して得られた複数のピークのいずれかに対応する第３の信号成分の周波数関数Ｆ（ω_３）の実数部及び虚数部から第３の信号成分のフーリエ位相φ_３を算出する。次に、信号処理装置１００は、各整数ｉに対して、第ｉの時間波形を高速フーリエ変換して得られた複数のピークのいずれかに対応する第４の信号成分の周波数関数Ｆ（ω_４）の実数部及び虚数部から第４の信号成分のフーリエ位相φ_４を算出する。次に、信号処理装置１００は、フーリエ位相φ_４から、フーリエ位相φ_４にスケーリングしたフーリエ位相φ_３を減算することにより、第３の信号成分の位相と第４の信号成分の位相との差分を算出する。例えば、第４の信号成分の周波数が第３の信号成分の周波数の２倍であれば、φ_３を２倍にスケーリングしてφ_４－２φ_３により、第３の信号成分の位相と第４の信号成分の位相との差分を算出する。例えば、第３の信号成分が基本波成分であり、第４の信号成分が基本波成分及び複数の高調波成分のそれぞれであってもよい。すなわち、第４の信号成分の周波数は、第３の信号成分の周波数の自然数倍であってもよい。

【0088】

図１９に、前出の図６に示したフーリエ位相から算出されるｘ軸速度Ｖｘ、ｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚの各々における位相の差分の一例を示す。図１９において、横軸は周波数であり、縦軸は位相である。前出の図５に示したように、ｘ軸速度Ｖｘの周波数スペクトル、ｙ軸速度Ｖｙの周波数スペクトル及びｚ軸速度Ｖｚの周波数スペクトルは、複数のピークを含み、その一部である黒丸を付した複数のピークは、基本波成分である約８４Ｈｚのピークと第２次～第１４次の高調波成分のピークである。図１９では、ｘ軸速度Ｖｘに含まれる約８４Ｈｚの基本波成分を第３の信号成分とし、ｘ軸速度Ｖｘ、ｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚのそれぞれに含まれる約８４Ｈｚの基本波成分及び第２次～第１４次の高調波成分をそれぞれ第４の信号成分として、第４の信号成分のフーリエ位相から、スケーリングした第３の信号成分のフーリエ位相を減算して得られた位相の差分が示されている。

【0089】

図１８に示すように、次に、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様の積分工程Ｓ４０を行う。次に、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様の微分工程Ｓ５０を行う。次に、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様の第２状態指標算出工程Ｓ６０を行う。次に、信号処理装置１００は、図２又は図１０と同様のリサージュ図形生成工程Ｓ７０を行う。そして、信号処理が終了するまで（工程Ｓ１００のＮ）、信号処理装置１００は、工程Ｓ１０～Ｓ７０を繰り返し行う。

【0090】

先の考察より、ユーザーは、第１～第Ｎの時間波形について、第３の信号成分の位相と第４の信号成分の位相との差分を監視し、当該差分に経時変化がみられる場合は、対象物の状態が変化したと推定することができる。図２０に、図１９に示したｘ軸速度Ｖｘ、ｙ軸速度Ｖｙ及びｚ軸速度Ｖｚの各々における位相の差分の経時変化の一例を示す。図２０の例では、同日に計測した場合でも、第５次高調波や第７次高調波以上の高調波では位相の差分が変化している。また、６か月後には、基本波については位相の差分の変化が小さいが、すべての高調波において位相の差分が大きく変化しており、６か月の間に対象物の状態が変化したと推定される。

【0091】

図２１は、第３実施形態の信号処理方法を実行する信号処理装置１００の構成例である。図２１に示すように、信号処理装置１００は、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎ、Ｎ個のアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎ、処理回路１１０、記憶回路１２０、操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０及び通信部１６０を含む。なお、信号処理装置１００は、図２１の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。例えば、第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎやアナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎは、信号処理装置１００の構成要素で無くてもよい。

【0092】

第１～第Ｎのセンサー２００－１～２００－Ｎ、アナログフロントエンド２１０－１～２１０－Ｎ、記憶回路１２０、操作部１３０、表示部１４０、音出力部１５０、通信部１６０の構成及び機能は第１実施形態又は第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0093】

処理回路１１０は、記憶回路１２０に記憶されている信号処理プログラム１２１を実行することにより、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、第１状態指標算出回路１１３、積分回路１１４、微分回路１１５、第２状態指標算出回路１１６、リサージュ図形生成回路１１７及び第３状態指標算出回路１１８として機能する。すなわち、信号処理装置１００は、時間波形取得回路１１１と、周波数スペクトル生成回路１１２と、第１状態指標算出回路１１３と、積分回路１１４と、微分回路１１５と、第２状態指標算出回路１１６と、リサージュ図形生成回路１１７と、第３状態指標算出回路１１８と、を含む。

【0094】

時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、第１状態指標算出回路１１３、積分回路１１４、微分回路１１５、第２状態指標算出回路１１６及びリサージュ図形生成回路１１７の機能は第１実施形態又は第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0095】

第３状態指標算出回路１１８は、対象物の状態を表す指標として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、周波数スペクトル生成回路１１２が生成した第１の周波数スペクトルに含まれる第３のピークに対応する第３の信号成分の位相と、第ｉの周波数スペクトルに含まれる第４のピークに対応し、第３の信号成分の周波数の有理数倍の周波数である第４の信号成分の位相との差分を算出する。すなわち、第３状態指標算出回路１１８は、図１８の第３状態指標算出工程Ｓ３２を実行する。第３状態指標算出回路１１８が算出した指標は記憶回路１２０に記憶される。

【0096】

このように、信号処理プログラム１２１は、時間波形取得工程Ｓ１０と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、第１状態指標算出工程Ｓ３０と、第３状態指標算出工程Ｓ３２と、積分工程Ｓ４０と、微分工程Ｓ５０と、第２状態指標算出工程Ｓ６０と、リサージュ図形生成工程Ｓ７０と、をコンピューターである処理回路１１０に実行させるプログラムである。

【0097】

なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、第１状態指標算出回路１１３、積分回路１１４、微分回路１１５、第２状態指標算出回路１１６、リサージュ図形生成回路１１７及び第３状態指標算出回路１１８の少なくとも一部が、専用のハードウエアで実現されてもよい。

【0098】

以上に説明した第３実施形態によれば、第１実施形態又は第２実施形態の信号処理方法と同様の効果が得られる。さらに、第３実施形態の信号処理方法によれば、信号処理装置１００が、対象物の状態を表す指標として、第１の時間波形に含まれる第３の信号成分の位相と第１～第Ｎの時間波形に含まれる第４の信号成分の位相との差分を算出することができる。

【0099】

また、第３実施形態の信号処理方法によれば、第４の信号成分の周波数を第３の信号成分の周波数の自然数倍とした場合、第４の信号成分は第３の信号成分を基本波成分とする高調波成分となるので、信号処理装置１００が、対象物の状態を表す指標として、基本波成分の位相と高調波成分の位相との差分を算出することができる。

【0100】

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

【0101】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【0102】

上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。

【0103】

信号処理方法の一態様は、
Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、
を含む。

【0104】

この信号処理方法によれば、第１～第Ｎの時間波形から第１の信号成分の位相と第２の信号成分の位相との差分を算出するので、回転パルス信号を必要とせず、ＰＬＬ、トラッキングフィルター、ローパスフィルター等を併用する必要もない。また、第１～第Ｎの時間波形に含まれる各種の信号成分の位相には、対象物の状態に対応する情報が含まれているので、対象物の状態を表す指標として、第１の時間波形に含まれる第１の信号成分の位相と第２～第Ｎの時間波形に含まれる第２の信号成分の位相との差分を算出することができる。このように、この信号処理方法によれば、回転パルス信号を必要とせずに対象物の状態を表す指標を算出することができる。

【0105】

また、この信号処理方法によれば、対象物の状態を表す指標として複数の時間波形に基づく指標が得られる。

【0106】

前記信号処理方法の一態様は、
前記第１～第Ｎの時間波形に基づいて、前記対象物の状態を表す指標となるベクトルを算出する第２状態指標算出工程を含んでもよい。

【0107】

この信号処理方法によれば、比較的小さいデータ量でありながら対象物の状態を反映した情報が得られる。

【0108】

前記信号処理方法の一態様は、
前記ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形を生成するリサージュ図形生成工程を含んでもよい。

【0109】

この信号処理方法によれば、ユーザーは、リサージュ図形によって対象物の状態を視覚的に理解することができる。

【0110】

信号処理装置の一態様は、
Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得回路と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成回路と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出回路と、
を備える。

【0111】

この信号処理装置によれば、回転パルス信号を必要とせずに対象物の状態を表す指標を算出することができる。

【0112】

信号処理プログラムの一態様は、
Ｎを２以上の所定の整数として、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉのセンサーから、周期的な変動を少なくとも含む外力、速度又は変位が対象物に作用することによって生じる第ｉの物理量に関する第ｉの時間波形を取得する時間波形取得工程と、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形に基づいて、第ｉの周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル生成工程と、
前記対象物の状態を表す指標として、２以上Ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第１の周波数スペクトルに含まれる第１のピークに対応する第１の信号成分の位相と、前記第ｊの周波数スペクトルに含まれる第２のピークに対応し、前記第１の信号成分の周波数と同じ周波数である第２の信号成分の位相との差分を算出する第１状態指標算出工程と、
をコンピューターに実行させる。

【0113】

この信号処理プログラムによれば、回転パルス信号を必要とせずに対象物の状態を表す指標を算出することができる。

【符号の説明】

【0114】

１…真空ポンプ、３…筐体、４…モーターケース、５…接続部、６…ポンプケース、７…ギアケース、８…第１側壁、９…第２側壁、１１…吸気管、１２…排気管、１３…第１脚部、１４…第３脚部、１５…第１ボルト、１７…センサーユニット、２０…基台、１００…信号処理装置、１１０…処理回路、１１１…時間波形取得回路、１１２…周波数スペクトル生成回路、１１３…第１状態指標算出回路、１１４…積分回路、１１５…微分回路、１１６…第２状態指標算出回路、１１７…リサージュ図形生成回路、１１８…第３状態指標算出回路、１２０…記憶回路、１２１…信号処理プログラム、１３０…操作部、１４０…表示部、１５０…音出力部、１６０…通信部、２００－１～２００－Ｎ…第１～第Ｎのセンサー、２１０－１～２１０－Ｎ…アナログフロントエンド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】