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(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】P2024093244
(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】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022209492
(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の信号成分と非同期な信号成分を低減させた時間波形を生成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】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の時間波形を取得する時間波形取得工程と、前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、第１の周期又は前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、を含み、前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理方法。
【選択図】図１
【解決手段】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の時間波形を取得する時間波形取得工程と、前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、第１の周期又は前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、を含み、前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理方法。
【選択図】図１
【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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
を含み、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理方法。
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
を含み、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理方法。
【請求項2】
請求項１において、
前記第１～第Ｎの時間波形は、互いに同期している、信号処理方法。
前記第１～第Ｎの時間波形は、互いに同期している、信号処理方法。
【請求項3】
請求項１において、
前記第１～第Ｎの時間波形の２つ以上は、互いに非同期であり、
前記周波数スペクトル生成工程の前に、前記第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させる時間波形同期工程を含む、信号処理方法。
前記第１～第Ｎの時間波形の２つ以上は、互いに非同期であり、
前記周波数スペクトル生成工程の前に、前記第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させる時間波形同期工程を含む、信号処理方法。
【請求項4】
請求項１において、
前記トリガーの時系列の前記時間間隔は、前記第１の周期の自然数倍である、信号処理方法。
前記トリガーの時系列の前記時間間隔は、前記第１の周期の自然数倍である、信号処理方法。
【請求項5】
請求項１において、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの同期加算波形に対して積分処理を行う積分工程及び前記第ｉの同期加算波形に対して微分処理を行う微分工程の少なくとも一方を含む、信号処理方法。
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの同期加算波形に対して積分処理を行う積分工程及び前記第ｉの同期加算波形に対して微分処理を行う微分工程の少なくとも一方を含む、信号処理方法。
【請求項6】
請求項１において、
前記第１～第Ｎの同期加算波形に基づいて、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状態指標算出工程を含む、信号処理方法。
前記第１～第Ｎの同期加算波形に基づいて、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状態指標算出工程を含む、信号処理方法。
【請求項7】
請求項６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。
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8】
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成回路と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算回路と、
を備え、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理装置。
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成回路と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算回路と、
を備え、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理装置。
【請求項9】
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
をコンピューターに実行させ、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、信号処理プログラム。
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
をコンピューターに実行させ、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である、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】
回転の位相情報を用いた診断を実施しようとする場合、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ことにより、対象である振動波形に非同期な振動波形成分を低減させる必要がある。
【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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
を含み、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
を含み、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
【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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成回路と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算回路と、
を備え、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成回路と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算回路と、
を備え、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
【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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
をコンピューターに実行させ、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
をコンピューターに実行させ、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】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2】真空ポンプの構成を示す概略斜視図。
【図3】時間波形の一例を示す図。
【図4】周波数スペクトルの一例を示す図。
【図5】時間波形をずらした図。
【図6】同期加算波形の一例を示す図。
【図7】同期加算波形の他の一例を示す図。
【図8】同期加算波形の他の一例を示す図。
【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】同期加算波形の比較例を示す図。
【図12】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13】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14】同期加算波形を積分した時間波形の一例を示す図。
【図15】同期加算波形を積分した時間波形の比較例を示す図。
【図16】同期加算波形を微分した時間波形の一例を示す図。
【図17】同期加算波形を微分した時間波形の比較例を示す図。
【図18】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。
【図19】第４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20】リサージュ図形の一例を示す図。
【図21】リサージュ図形の比較例を示す図。
【図22】リサージュ図形の経時変化の一例を示す図。
【図23】リサージュ図形の経時変化の他の一例を示す図。
【図24】リサージュ図形の経時変化の他の一例を示す図。
【図25】リサージュ図形の経時変化の他の一例を示す図。
【図26】第４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．信号処理方法
図１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１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、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０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。
１－１．信号処理方法
図１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１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、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０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。
【0011】
図１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。
【0012】
第ｉの物理量は、第１の周波数Ｆ１の成分と、第１の周波数Ｆ１及び第１の周波数Ｆ１の高次周波数とは異なる第２の周波数Ｆ２の成分とを有する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。
【0013】
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。本実施形態では、第１～第Ｎの時間波形は、互いに同期している。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。
【0014】
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。
【0015】
図２に、対象物の一例である真空ポンプ１を示す。図２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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
図３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３に示す３つの時間波形は、図２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３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３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３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。
【0021】
図１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、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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の時間波形のうちのいずれか１つを高速フーリエ変換して周波数スペクトルを生成してもよい。あるいは、信号処理装置１００は、第１～第Ｎの時間波形のうちの２つ以上を結合した時間波形を生成し、当該結合した時間波形を高速フーリエ変換して周波数スペクトルを生成してもよい。
【0022】
図４に、図３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４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、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のいずれか１つを生成してもよい。
【0023】
図１に示すように、次に、信号処理装置１００は、トリガー時系列生成工程Ｓ３０において、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０で生成した周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する、第１の周期Ｔ１又は第１の周期Ｔ１の実数倍の周期を時間間隔ΔＴとするトリガーの時系列を生成する。第１の周期Ｔ１は、第１の周波数Ｆ１の逆数である。第１の周期Ｔ１の実数倍の周期は、対象物の構成要素により規定される周期である。例えば、対象物が回転機器であれば、構成要素は、例えば、ギアやベアリング等である。トリガーの時系列の時間間隔ΔＴは、第１の周期Ｔ１の自然数倍であってもよい。例えば、時間間隔ΔＴは、第１の周期Ｔ１の２倍や３倍であってもよい。トリガーの時系列は、約ΔＴの周期でトリガーが発生し、トリガーの発生周期の平均値がΔＴとなる時系列である。例えば、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴは、信号処理装置１００のユーザーによって入力される。
【0024】
前出の図４において、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のピークとその高調波成分のピークである。例えば、約８４Ｈｚである基本波成分の振動に着目したい場合、信号処理装置１００は、トリガー時系列生成工程Ｓ３０において、例えば、第１の周波数Ｆ１を約８４Ｈｚとし、約８４Ｈｚの逆数である約１２ｍｓを時間間隔ΔＴとするトリガーの時系列を生成する。あるいは、ギアやベアリングの振動に着目したい場合、信号処理装置１００は、トリガー時系列生成工程Ｓ３０において、ギアやベアリングの振動周期を時間間隔ΔＴとするトリガーの時系列を生成する。この場合、第１の周波数Ｆ１を約８４Ｈｚとすると、ギアやベアリングの振動周波数は第１の周波数Ｆ１の実数倍であり、当該振動周波数の逆数がトリガーの時系列の時間間隔ΔＴとなる。
【0025】
図１に示すように、次に、信号処理装置１００は、同期加算工程Ｓ４０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、トリガー時系列生成工程Ｓ３０で生成したトリガーの時系列に基づいて、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同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する。具体的には、信号処理装置１００は、同期加算工程Ｓ４０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉの時間波形をトリガーの時系列に含まれる各トリガーが発生するタイミングずつずらした複数の時間波形、すなわち、第ｉの時間波形をΔＴずつずらしたＭ－１個の時間波形を生成し、第ｉの時間波形及び当該Ｍ－１個の時間波形からなるＭ個の時間波形をすべて加算して第ｉの同期加算波形を生成する。整数Ｍは同期加算回数に相当する。本実施形態では、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｉの時間波形の時間長は、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴと同期加算の回数である整数Ｍとの積に相当する時間以上である。この条件により、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴ以上の時間長の第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。
【0026】
図５に、図３のｘ軸速度Ｖｘの時間波形、ｘ軸速度Ｖｘの時間波形をΔＴだけずらしたｘ軸速度Ｖｘ’の時間波形及びｘ軸速度Ｖｘの時間波形をΔＴ×２だけずらしたｘ軸速度Ｖｘ’’の時間波形を示す。ΔＴは約１２ｍｓである。信号処理装置１００は、同期加算工程Ｓ４０において、１以上Ｍ以下の各整数ｊに対して、ｘ軸速度Ｖｘの時間波形をΔＴ×ｊだけずらしたＭ－１個の時間波形を生成する。Ｍは２以上の整数である。そして、信号処理装置１００は、ｘ軸速度Ｖｘの時間波形及び当該Ｍ－１個の時間波形をすべて加算して第１の同期加算波形としてのｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形を生成する。同様に、信号処理装置１００は、同期加算工程Ｓ４０において、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形をΔＴ×ｊだけずらしたＭ－１個の時間波形を生成し、ｙ軸速度Ｖｙの時間波形及び当該Ｍ－１個の時間波形をすべて加算して第２の同期加算波形としてのｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形を生成する。同様に、信号処理装置１００は、同期加算工程Ｓ４０において、ｚ軸速度Ｖｚの時間波形をΔＴ×ｊだけずらしたＭ－１個の時間波形を生成し、ｚ軸速度Ｖｚの時間波形及び当該Ｍ－１個の時間波形をすべて加算して第３の同期加算波形としてのｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形を生成する。
【0027】
図６、図７及び図８に、ｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形の一例を示す。図６の例では同期加算回数が５４であり、図７の例では同期加算回数が２１６であり、図８の例では同期加算回数が１７２８である。図６、図７及び図８に示すように、ｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形では、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴである約１２ｍｓに対応する周波数である約８４Ｈｚの信号成分と非同期の信号成分が大きく低減され、約８４Ｈｚの信号成分が強調されている。また、図６と図７とを比較し、図７と図８とを比較すると、同期加算回数が多いほど、約８４Ｈｚの信号成分の振幅の変動量が小さくなっており、約８４Ｈｚの信号成分と非同期の低周波数成分もより低減されることがわかる。
【0028】
図１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～Ｓ４０を繰り返し行う。
【0029】
１－２．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。
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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、トリガー時系列生成回路１１３及び同期加算回路１１４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、トリガー時系列生成回路１１３と、同期加算回路１１４と、を含む。
【0034】
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２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１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。
【0035】
周波数スペクトル生成回路１１２は、時間波形取得回路１１１が取得した第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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１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が生成した周波数スペクトルは記憶回路１２０に記憶される。
【0036】
トリガー時系列生成回路１１３は、周波数スペクトル生成回路１１２が生成した周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する、第１の周期Ｔ１又は第１の周期Ｔ１の実数倍の周期を時間間隔ΔＴとするトリガーの時系列を生成する。すなわち、トリガー時系列生成回路１１３は、図１のトリガー時系列生成工程Ｓ３０を実行する。トリガー時系列生成回路１１３が生成したトリガーの時系列は記憶回路１２０に記憶される。
【0037】
同期加算回路１１４は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、トリガー時系列生成回路１１３が生成したトリガーの時系列に基づいて、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同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する。すなわち、同期加算回路１１４は、図１の同期加算工程Ｓ４０を実行する。同期加算回路１１４が生成した第１～第Ｎの同期加算波形は記憶回路１２０に記憶される。
【0038】
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、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、トリガー時系列生成回路１１３及び同期加算回路１１４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、当該装置が第１～第Ｎの同期加算波形を生成し、生成した第１～第Ｎの同期加算波形を、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。
【0045】
１－３．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の時間波形からトリガー時系列を生成するので、回転パルス信号を必要としない。また、信号処理装置１００が、第１～第Ｎの時間波形に対してそれぞれ同期加算を行うことにより、第１の周波数Ｆ１の逆数である第１の周期Ｔ１又は第１の周期Ｔ１の実数倍の周期に同期した対象の信号成分が強調され、対象の信号成分と非同期の第２の周波数Ｆ２の信号成分が低減された第１～第Ｎの同期加算波形が得られるので、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がない。また、対象物の構成要素により規定される第１の周期Ｔ１の実数倍の周期を有する強度の小さい信号成分を対象の信号成分とする場合、強度の大きい信号成分の周期である第１の周期Ｔ１を基準として、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴを対象の信号成分の周期と合わせることができるので、対象の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。また、第１～第Ｎの時間波形の時間長がそれぞれトリガーの時系列の時間間隔ΔＴと同期加算の回数との積に相当する時間以上であることにより、時間間隔ΔＴ以上の時間長の第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。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の信号成分と非同期な信号成分を低減させた第１～第Ｎの同期加算波形を生成することができる。
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の時間波形からトリガー時系列を生成するので、回転パルス信号を必要としない。また、信号処理装置１００が、第１～第Ｎの時間波形に対してそれぞれ同期加算を行うことにより、第１の周波数Ｆ１の逆数である第１の周期Ｔ１又は第１の周期Ｔ１の実数倍の周期に同期した対象の信号成分が強調され、対象の信号成分と非同期の第２の周波数Ｆ２の信号成分が低減された第１～第Ｎの同期加算波形が得られるので、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がない。また、対象物の構成要素により規定される第１の周期Ｔ１の実数倍の周期を有する強度の小さい信号成分を対象の信号成分とする場合、強度の大きい信号成分の周期である第１の周期Ｔ１を基準として、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴを対象の信号成分の周期と合わせることができるので、対象の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。また、第１～第Ｎの時間波形の時間長がそれぞれトリガーの時系列の時間間隔ΔＴと同期加算の回数との積に相当する時間以上であることにより、時間間隔ΔＴ以上の時間長の第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。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の信号成分と非同期な信号成分を低減させた第１～第Ｎの同期加算波形を生成することができる。
【0046】
また、第１実施形態の信号処理方法によれば、第１～第Ｎの時間波形が互いに同期しているので、同期加算の精度が向上し、第１～第Ｎの同期加算波形のＳＮ比が向上する。
【0047】
また、第１実施形態の信号処理方法によれば、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴを第１の周期Ｔ１の自然数倍とした場合、第１の周波数Ｆ１の信号成分と同期した第１の周波数Ｆ１以下の周波数の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。
【0048】
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。
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。
【0049】
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、時間波形同期工程Ｓ１２と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０と、を含む。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。
【0050】
【0051】
第２実施形態では、信号処理装置１００が時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第１～第Ｎの時間波形の２つ以上は、互いに非同期である。そのため、次に、信号処理装置１００は、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０の前に、時間波形同期工程Ｓ１２において、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させる。例えば、信号処理装置１００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てもよい。
【0052】
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、時間波形同期工程Ｓ１２で互いに同期させた第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、周波数スペクトルを生成する。この周波数スペクトル生成工程Ｓ２０における信号処理装置１００による処理の詳細は、図１と同様である。
【0053】
次に、信号処理装置１００は、図１と同様のトリガー時系列生成工程Ｓ３０を行う。
【0054】
次に、信号処理装置１００は、同期加算工程Ｓ４０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、トリガー時系列生成工程Ｓ３０で生成したトリガーの時系列に基づいて、時間波形同期工程Ｓ１２で同期させた第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する。この同期加算工程Ｓ４０における信号処理装置１００による処理の詳細は、図１と同様である。
【0055】
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～Ｓ４０を繰り返し行う。
【0056】
前出の図３の例において、ｘ軸速度センサーのサンプリング周波数とｚ軸速度センサーのサンプリング周波数とが等しく、ｙ軸速度センサーが１００ｐｐｍだけサンプリング周波数が高い場合を想定する。仮に、信号処理装置１００が時間波形同期工程Ｓ１２を行わなかった場合に同期加算工程Ｓ４０において生成されるｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形の一例を図１１に示す。図１１の例では、ｘ軸速度Ｖｘの周波数スペクトルの複数のピークの１つに対応する約８４Ｈｚを第１の周波数Ｆ１として、トリガーの時系列の時間間隔ΔＴを第１の周波数Ｆ１の逆数として、１７２８回同期加算を行ったものである。一方、信号処理装置１００が時間波形同期工程Ｓ１２を行った場合のｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形の一例は図８と同様である。図８と図１１とを比較すると、図８のｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形は、それぞれ、図１１のｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形と同じであるが、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形に含まれる約８４Ｈｚの周期的なピークは、図８の方が図１１よりも鋭くなっている。すなわち、信号処理装置１００が時間波形同期工程Ｓ１２を行うことにより、約８４Ｈｚの信号成分がより強調されるようになることがわかる。
【0057】
図１２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１２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１２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。
【0058】
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。
【0059】
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、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４及び時間波形同期回路１１５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、トリガー時系列生成回路１１３と、同期加算回路１１４と、時間波形同期回路１１５と、を含む。
【0060】
時間波形取得回路１１１及びトリガー時系列生成回路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。
【0061】
時間波形同期回路１１５は、時間波形取得回路１１１が取得した第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させる。すなわち、時間波形同期回路１１５は、図１０の時間波形同期工程Ｓ１２を実行する。時間波形同期回路１１５が同期させた第１～第Ｎの時間波形は記憶回路１２０に記憶される。
【0062】
周波数スペクトル生成回路１１２は、時間波形同期回路１１５が互いに同期させた第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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１０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が生成した周波数スペクトルは記憶回路１２０に記憶される。
【0063】
同期加算回路１１４は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、トリガー時系列生成回路１１３が生成したトリガーの時系列に基づいて、時間波形同期回路１１５が同期させた第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する。すなわち、同期加算回路１１４は、図１０の同期加算工程Ｓ４０を実行する。同期加算回路１１４が生成した第１～第Ｎの同期加算波形は記憶回路１２０に記憶される。
【0064】
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、時間波形同期工程Ｓ１２と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０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。
【0065】
なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４及び時間波形同期回路１１５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。
【0066】
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、第１～第Ｎの時間波形の２つ以上が互いに非同期であっても、信号処理装置１００が、第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させてから同期加算を行うので、同期加算の精度が向上し、第１～第Ｎの同期加算波形のＳＮ比が向上する。
【0067】
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。
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。
【0068】
図１３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１３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、時間波形同期工程Ｓ１２と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０と、を含む。さらに、第３実施形態の信号処理方法は、積分工程Ｓ５０及び微分工程Ｓ６０の少なくとも一方を含む。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。
【0069】
【0070】
次に、信号処理装置１００は、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第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、図１０と同様の時間波形同期工程Ｓ１２を行う。なお、信号処理装置１００は、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第１～第Ｎの時間波形が互いに同期している場合は、時間波形同期工程Ｓ１２を行わなくてよい。
【0071】
次に、信号処理装置１００は、図１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１又は図１０と同様のトリガー時系列生成工程Ｓ３０を行う。次に、信号処理装置１００は、図１又は図１０と同様の同期加算工程Ｓ４０を行う。
【0072】
次に、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ５０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、同期加算工程Ｓ４０で生成した第ｉの同期加算波形に対して積分処理を行う。
【0073】
図１４に、前出の図７に示したｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形をそれぞれ積分して得られる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の時間波形を示す。また、比較例として、図１５に、前出の図３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、同期加算せずに積分して得られる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の時間波形を示す。図１４と図１５とを比較すると、信号処理装置１００が速度の時間波形に対して同期加算後に積分処理を行うことで、積分処理後の変位の時間波形においても、約８４Ｈｚの信号成分と非同期の信号成分が大きく低減され、約８４Ｈｚの信号成分が強調されていることがわかる。
【0074】
次に、信号処理装置１００は、微分工程Ｓ６０において、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、同期加算工程Ｓ４０で生成した第ｉの同期加算波形に対して微分処理を行う。
【0075】
図１６に、前出の図７に示したｘ軸速度Ｖｘの同期加算波形、ｙ軸速度Ｖｙの同期加算波形及びｚ軸速度Ｖｚの同期加算波形をそれぞれ微分して得られる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の時間波形を示す。また、比較例として、図１７に、前出の図３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、同期加算せずに微分して得られる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の時間波形を示す。図１６と図１７とを比較すると、信号処理装置１００が速度の時間波形に対して同期加算後に微分処理を行うことで、微分処理後の加速度の時間波形においても、約８４Ｈｚの信号成分と非同期の信号成分が大きく低減され、約８４Ｈｚの信号成分が強調されていることがわかる。
【0076】
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～Ｓ６０を繰り返し行う。なお、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ５０の前に微分工程Ｓ６０を行ってもよいし、積分工程Ｓ５０又は微分工程Ｓ６０を行わなくてもよい。
【0077】
図１８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１８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１８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。
【0078】
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。
【0079】
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、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４、時間波形同期回路１１５、積分回路１１６及び微分回路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、トリガー時系列生成回路１１３と、同期加算回路１１４と、時間波形同期回路１１５と、積分回路１１６と、微分回路１１７と、を含む。
【0080】
時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４及び時間波形同期回路１１５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。
【0081】
積分回路１１６は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、同期加算回路１１４が生成した第ｉの同期加算波形に対して積分処理を行う。すなわち、積分回路１１６は、図１３の積分工程Ｓ５０を実行する。積分回路１１６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。
【0082】
微分回路１１７は、１以上Ｎ以下の各整数ｉに対して、同期加算回路１１４が生成した第ｉの同期加算波形に対して微分処理を行う。すなわち、微分回路１１７は、図１３の微分工程Ｓ６０を実行する。微分回路１１７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。
【0083】
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、時間波形同期工程Ｓ１２と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０と、積分工程Ｓ５０と、微分工程Ｓ６０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。
【0084】
なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４、時間波形同期回路１１５、積分回路１１６及び微分回路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。
【0085】
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、対象の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形に対してそれぞれ積分処理や微分処理を行うことにより、対象の信号成分に対応する物理量とは異なる物理量の時間波形が得られる。
【0086】
４．第４実施形態
以下、第４実施形態について、第１実施形態、第２実施形態又は第３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、第２実施形態又は第３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、第２実施形態及び第３実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第４実施形態について、第１実施形態、第２実施形態又は第３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、第２実施形態又は第３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、第２実施形態及び第３実施形態と異なる内容について説明する。
【0087】
図１９は、第４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１９に示すように、第４実施形態の信号処理方法は、時間波形取得工程Ｓ１０と、時間波形同期工程Ｓ１２と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０と、積分工程Ｓ５０と、微分工程Ｓ６０と、状態指標算出工程Ｓ７０と、リサージュ図形生成工程Ｓ８０と、を含む。なお、第４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４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４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。
【0088】
【0089】
次に、信号処理装置１００は、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第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、図１０と同様の時間波形同期工程Ｓ１２を行う。なお、信号処理装置１００は、時間波形取得工程Ｓ１０で取得した第１～第Ｎの時間波形が互いに同期している場合は、時間波形同期工程Ｓ１２を行わなくてよい。
【0090】
次に、信号処理装置１００は、図１、図１０又は図１３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１、図１０又は図１３と同様のトリガー時系列生成工程Ｓ３０を行う。次に、信号処理装置１００は、図１、図１０又は図１３と同様の同期加算工程Ｓ４０を行う。次に、信号処理装置１００は、図１、図１０又は図１３と同様の積分工程Ｓ５０を行う。次に、信号処理装置１００は、図１、図１０又は図１３と同様の微分工程Ｓ６０を行う。なお、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ５０の前に微分工程Ｓ６０を行ってもよいし、積分工程Ｓ５０又は微分工程Ｓ６０を行わなくてもよい。
【0091】
次に、信号処理装置１００は、状態指標算出工程Ｓ７０において、同期加算工程Ｓ４０で生成した第１～第Ｎの同期加算波形に基づいて、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の同期加算波形の各時刻の値を要素とするＮ次元の同期加算ベクトルを算出してもよいし、Ｎ次元の同期加算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、第１～第Ｎの同期加算波形がそれぞれ変位の時間波形であれば、同期加算ベクトルは変位ベクトルであり、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。
【0092】
次に、信号処理装置１００は、リサージュ図形生成工程Ｓ８０において、状態指標算出工程Ｓ７０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次元の同期加算ベクトル、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。
【0093】
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～Ｓ８０を繰り返し行う。なお、信号処理装置１００は、積分工程Ｓ５０の前に微分工程Ｓ６０を行ってもよいし、積分工程Ｓ５０又は微分工程Ｓ６０を行わなくてもよい。
【0094】
図２０に、リサージュ図形生成工程Ｓ８０で生成されるリサージュ図形の一例を示す。図２０において、Ａ１は、前出の図１４に示した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同期加算ベクトルとしての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。また、比較例として、図２１に、信号処理装置１００が同期加算工程Ｓ４０を行わない場合のリサージュ図形の一例を示す。図２１において、Ａ２は、前出の図３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、同期加算せずに積分して得られる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から算出される変位ベクトルの軌跡を表すリサージュ図形である。Ｂ２は、Ａ２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。Ｃ２は、Ｂ２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。Ｄ２は、Ｂ２の速度ベクトルとＣ２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２０と図２１とを比較すると、同期加算が行われない場合は、いずれのリサージュ図形も規則性が不明瞭な軌跡となっているのに対して、同期加算が行われる場合は、いずれのリサージュ図形も規則性を有する軌跡となっていることがわかる。
【0095】
ユーザーは、リサージュ図形生成工程Ｓ８０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２２に、図２０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２３に、図２０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２４に、図２０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２５に、図２０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２２～図２５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。
【0096】
図２６は、第４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２６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２６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。
【0097】
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、第２実施形態又は第３実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0098】
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、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４、時間波形同期回路１１５、積分回路１１６、微分回路１１７、状態指標算出回路１１８及びリサージュ図形生成回路１１９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、トリガー時系列生成回路１１３と、同期加算回路１１４と、時間波形同期回路１１５と、積分回路１１６と、微分回路１１７と、状態指標算出回路１１８と、リサージュ図形生成回路１１９と、を含む。
【0099】
時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４、時間波形同期回路１１５、積分回路１１６及び微分回路１１７の機能は、第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0100】
状態指標算出回路１１８は、同期加算回路１１４が生成した第１～第Ｎの同期加算波形に基づいて、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、状態指標算出回路１１８は、図１９の状態指標算出工程Ｓ７０を実行する。状態指標算出回路１１８が算出したベクトルは記憶回路１２０に記憶される。
【0101】
リサージュ図形生成回路１１９は、状態指標算出回路１１８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１１９は、図１９のリサージュ図形生成工程Ｓ８０を実行する。リサージュ図形生成回路１１９が生成したリサージュ図形は、表示部１４０に表示される。
【0102】
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、時間波形同期工程Ｓ１２と、周波数スペクトル生成工程Ｓ２０と、トリガー時系列生成工程Ｓ３０と、同期加算工程Ｓ４０と、積分工程Ｓ５０と、微分工程Ｓ６０と、状態指標算出工程Ｓ７０と、リサージュ図形生成工程Ｓ８０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。
【0103】
なお、時間波形取得回路１１１、周波数スペクトル生成回路１１２、トリガー時系列生成回路１１３、同期加算回路１１４、時間波形同期回路１１５、積分回路１１６、微分回路１１７、状態指標算出回路１１８及びリサージュ図形生成回路１１９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。
【0104】
以上に説明した第４実施形態によれば、第１実施形態、第２実施形態又は第３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４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４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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
を含み、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
を含み、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
【0109】
この信号処理方法によれば、第１～第Ｎの時間波形からトリガー時系列を生成するので、回転パルス信号を必要としない。また、第１～第Ｎの時間波形に対してそれぞれ同期加算を行うことにより、第１の周波数の逆数である第１の周期又は第１の周期の実数倍の周期に同期した対象の信号成分が強調され、対象の信号成分と非同期の第２の周波数の信号成分が低減された第１～第Ｎの同期加算波形が得られるので、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がない。また、対象物の構成要素により規定される第１の周期の実数倍の周期を有する強度の小さい信号成分を対象の信号成分とする場合、強度の大きい信号成分の周期である第１の周期を基準として、トリガーの時系列の時間間隔を対象の信号成分の周期と合わせることができるので、対象の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。また、第１～第Ｎの時間波形の時間長がそれぞれトリガーの時系列の時間間隔と同期加算の回数との積に相当する時間以上であることにより、トリガーの時系列の時間間隔以上の時間長の第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。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の信号成分と非同期な信号成分を低減させた時間波形を生成することができる。
【0110】
前記信号処理方法の一態様において、
前記第１～第Ｎの時間波形は、互いに同期していてもよい。
前記第１～第Ｎの時間波形は、互いに同期していてもよい。
【0111】
この信号処理方法によれば、第１～第Ｎの時間波形の同期精度が担保されるので同期加算の精度が向上し、第１～第Ｎの同期加算波形のＳＮ比が向上する。
【0112】
前記信号処理方法の一態様は、
前記第１～第Ｎの時間波形の２つ以上は、互いに非同期であり、
前記周波数スペクトル生成工程の前に、前記第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させる時間波形同期工程を含んでもよい。
前記第１～第Ｎの時間波形の２つ以上は、互いに非同期であり、
前記周波数スペクトル生成工程の前に、前記第１～第Ｎの時間波形を互いに同期させる時間波形同期工程を含んでもよい。
【0113】
この信号処理方法によれば、第１～第Ｎの時間波形の同期精度が担保されるので同期加算の精度が向上し、第１～第Ｎの同期加算波形のＳＮ比が向上する。
【0114】
前記信号処理方法の一態様において、
前記トリガーの時系列の前記時間間隔は、前記第１の周期の自然数倍であってもよい。
前記トリガーの時系列の前記時間間隔は、前記第１の周期の自然数倍であってもよい。
【0115】
この信号処理方法によれば、第１の周波数の信号成分と同期した第１の周波数以下の周波数の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形が得られる。
【0116】
前記信号処理方法の一態様は、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの同期加算波形に対して積分処理を行う積分工程及び前記第ｉの同期加算波形に対して微分処理を行う微分工程の少なくとも一方を含んでもよい。
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの同期加算波形に対して積分処理を行う積分工程及び前記第ｉの同期加算波形に対して微分処理を行う微分工程の少なくとも一方を含んでもよい。
【0117】
この信号処理方法によれば、対象の信号成分が強調された第１～第Ｎの同期加算波形に対してそれぞれ積分処理や微分処理を行うことにより、対象の信号成分に対応する物理量とは異なる物理量の時間波形が得られる。
【0118】
前記信号処理方法の一態様は、
前記第１～第Ｎの同期加算波形に基づいて、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状態指標算出工程を含んでもよい。
前記第１～第Ｎの同期加算波形に基づいて、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状態指標算出工程を含んでもよい。
【0119】
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。
【0120】
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。
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。
【0121】
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。
【0122】
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成回路と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算回路と、
を備え、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成回路と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算回路と、
を備え、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
【0123】
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の信号成分と非同期な信号成分を低減させた時間波形を生成することができる。
【0124】
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
をコンピューターに実行させ、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
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、第１の周波数の成分と、前記第１の周波数及び前記第１の周波数の高次周波数とは異なる第２の周波数の成分とを有する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、
前記第１～第Ｎの時間波形の少なくとも１つに基づいて、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、
前記周波数スペクトルに含まれる複数のピークのいずれかの周波数に対応する周期であって、前記第１の周波数の逆数である第１の周期又は前記対象物の構成要素により規定される前記第１の周期の実数倍の周期を時間間隔とするトリガーの時系列を生成するトリガー時系列生成工程と、
前記各整数ｉに対して、前記トリガーの時系列に基づいて、前記第ｉの時間波形に対して同期加算を行って第ｉの同期加算波形を生成する同期加算工程と、
をコンピューターに実行させ、
前記各整数ｉに対して、前記第ｉの時間波形の時間長は、前記トリガーの時系列の前記時間間隔と前記同期加算の回数との積に相当する時間以上である。
【0125】
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の信号成分と非同期な信号成分を低減させた時間波形を生成することができる。
【符号の説明】
【0126】
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…トリガー時系列生成回路、１１４…同期加算回路、１１５…時間波形同期回路、１１６…積分回路、１１７…微分回路、１１８…状態指標算出回路、１１９…リサージュ図形生成回路、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】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】