JP2592999B2 - Cavitation noise detection method - Google Patents

Cavitation noise detection method

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JP2592999B2
JP2592999B2 JP153191A JP153191A JP2592999B2 JP 2592999 B2 JP2592999 B2 JP 2592999B2 JP 153191 A JP153191 A JP 153191A JP 153191 A JP153191 A JP 153191A JP 2592999 B2 JP2592999 B2 JP 2592999B2
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、艦船等のプロペラ近傍
に設けられたセンサからの信号を用い、該プロペラの回
転に伴い発生するキャビテーション雑音の検出を行うキ
ャビテーション雑音検出方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cavitation noise detecting method for detecting cavitation noise generated by rotation of a propeller by using a signal from a sensor provided near a propeller of a ship or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、艦船等のプロペラの回転に伴い発
生するキャビテーション雑音を検出する方法として、該
プロペラ近傍のセンサで受信した広帯域信号のレベルに
基づき検出する方法が知られている。その検出方法で
は、例えば図2に示すような検出装置が用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of detecting cavitation noise generated due to rotation of a propeller of a ship or the like, a method of detecting cavitation noise based on the level of a wideband signal received by a sensor near the propeller is known. In the detection method, for example, a detection device as shown in FIG. 2 is used.

【0003】図2は、従来のキャビテーション雑音検出
方法におけるキャビテーション雑音検出装置の一構成例
を示す機能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of a configuration of a cavitation noise detection device in a conventional cavitation noise detection method.

【0004】このキャビテーション雑音検出装置は、プ
ロペラの近傍に設けられたセンサ1を有し、該センサ1
には、増幅器2、帯域制限フィルタ3、サンプラ4、二
乗算出器5、積分器6、比較器7、及び出力端子8が縦
続接続されている。
This cavitation noise detection device has a sensor 1 provided near a propeller.
, An amplifier 2, a band-limiting filter 3, a sampler 4, a square calculator 5, an integrator 6, a comparator 7, and an output terminal 8 are connected in cascade.

【0005】このようなキャビテーション雑音検出装置
を用いた従来のキャビテーション雑音検出方法では、例
えば以下のようにしてキャビテーション雑音の検出が行
われる。
In a conventional cavitation noise detection method using such a cavitation noise detection device, cavitation noise is detected as follows, for example.

【0006】艦船等のプロペラが回転すると、そのプロ
ペラ近傍から放射される広帯域信号がセンサ1で受信さ
れる。受信された広帯域信号は、増幅器2により、適正
なレベルまで増幅され、帯域制限フィルタ3により、不
要な周波数成分が除去される。帯域制限フィルタ3の出
力は、サンプラ4により、ディジタル信号に変換され、
二乗算出器5へ送られる。
When a propeller of a ship or the like rotates, a broadband signal radiated from the vicinity of the propeller is received by the sensor 1. The received broadband signal is amplified to an appropriate level by the amplifier 2, and unnecessary frequency components are removed by the band limiting filter 3. The output of the band limiting filter 3 is converted into a digital signal by the sampler 4,
It is sent to the square calculator 5.

【0007】二乗算出器5は、サンプラ4の出力信号の
二乗値を算出することにより、プロペラ近傍から発生す
る広帯域信号の時刻kにおける強度(これを瞬時パワー
という)P(k)を求め、積分器6へ送る。積分器6
は、瞬時パワーP(k)を積分することにより、受信さ
れた広帯域信号の長時間積分パワーPa(k)を求め、
比較器7へ送る。
[0007] The square calculator 5 calculates the square value of the output signal of the sampler 4 to obtain the intensity (this is referred to as instantaneous power) P (k) at time k of the wideband signal generated from the vicinity of the propeller, and integrates it. To the container 6. Integrator 6
By integrating the instantaneous power P (k), determine the long integrated power P a of the received wideband signal (k),
Send to comparator 7.

【0008】比較器7は、積分器6から出力された長時
間積分パワーPa (k)と、キャビテーション雑音発生
判定のための閾値thlとの比較を行い、該長時間積分
パワーPa (k)が閾値thlを越えた場合には、キャ
ビテーション雑音検出信号を出力端子8へ出力する。
[0008] The comparator 7, the integrator 6 long integrated power P a which is output from the (k), and compares with a threshold thl for determining cavitation noise occurs, the long time integral power P a (k ) Exceeds the threshold thl, a cavitation noise detection signal is output to the output terminal 8.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のキャビテーション雑音検出方法では、受信された広
帯域信号の長時間積分パワーPa (k)のみを用いてキ
ャビテーション雑音発生の検出を行うため、次のような
課題があった。
However, in the cavitation noise detection method having the above configuration, the occurrence of cavitation noise is detected using only the long-term integrated power P a (k) of the received broadband signal. There was such a problem.

【0010】(1) 艦船等の機械雑音や水中雑音等と
いった背景雑音のレベルが高い場合、キャビテーション
雑音が発生していなくても、受信された広帯域信号の長
時間積分パワーPa (k)が比較器7の閾値thlを越
えるようになり、誤警報が多くなる。
[0010] (1) when there is a high level of background noise, such as machinery noise and underwater noise such as ships, even if no cavitation noise occurs, a long period of time integral power P a of the received wideband signal (k) is Since the threshold value thl of the comparator 7 is exceeded, false alarms increase.

【0011】(2) 経年変化によって艦船等の特性が
変化すると、製造時に設定した閾値thlが合わなくな
り、誤警報が多くなったり、キャビテーション雑音の検
出率が低下する。
(2) When characteristics of a ship or the like change due to aging, the threshold value thl set at the time of manufacture does not match, so that false alarms increase and the detection rate of cavitation noise decreases.

【0012】(3) キャビテーション雑音によらない
パルス状の信号等が受信された場合、誤警報が発生する
おそれがある。特に、この場合、例えば積分器6が演算
の処理機能の向上を図るためにIIRフィルタ(無限イ
ンパルス応答フィルタ)等で構成されていたりすると、
発生した誤警報は連続してしまう。
(3) When a pulse-like signal or the like that does not depend on cavitation noise is received, a false alarm may occur. In particular, in this case, for example, if the integrator 6 is configured by an IIR filter (infinite impulse response filter) or the like in order to improve the processing function of the operation,
The generated false alarms are continuous.

【0013】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、背景雑音レベルが高い場合に誤警報が多くなる
という点、艦船等の特性の経年変化によって閾値がキャ
ビテーション雑音発生レベルと合わなくなって誤警報が
多くなったり検出率が低下するという点、及びキャビテ
ーション雑音によらないパルス状の信号等が受信された
場合に誤警報が発生してしまう点について解決したキャ
ビテーション雑音検出方法を提供するものである。
The present invention has a problem that the prior art has a problem that the number of false alarms increases when the background noise level is high, and that the threshold value does not match the cavitation noise generation level due to the secular change of characteristics of a ship or the like. Provided is a cavitation noise detection method that solves the problem that the number of false alarms increases or the detection rate decreases, and that a false alarm is generated when a pulse-like signal or the like that does not depend on cavitation noise is received. It is.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、プロペラの近傍に設けられたセンサで受
信した広帯域信号を低周波成分と高周波成分に分割し、
前記分割した低周波成分と高周波成分のレベル変動比を
算出し、前記レベル変動比に基づき前記プロペラの回転
に伴い発生するキャビテーション雑音を検出するキャビ
テーション雑音検出方法において、前記レベル変動比の
取り得る範囲を複数の領域に分割してその各領域に重み
係数を付与しておき、前記算出したレベル変動比に応じ
た重み係数を出力し、前記重み係数出力を時間方向に所
定数累加し、前記累加結果を所定の閾値と比較すること
により、前記キャビテーション雑音の検出を行うように
したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention divides a wideband signal received by a sensor provided near a propeller into a low-frequency component and a high-frequency component,
In the cavitation noise detection method of calculating a level variation ratio between the divided low frequency component and high frequency component and detecting cavitation noise generated by rotation of the propeller based on the level variation ratio, a range in which the level variation ratio can be taken Is divided into a plurality of regions, a weighting factor is assigned to each of the regions, a weighting factor corresponding to the calculated level variation ratio is output, and a predetermined number of the weighting factor outputs are cumulatively added in the time direction. The cavitation noise is detected by comparing the result with a predetermined threshold value.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、以上のようにキャビテーショ
ン雑音検出方法を構成したので、プロペラ近傍の広帯域
信号がセンサで受信されると、その広帯域信号が高周波
成分と低周波成分に分割され、分割された高周波成分と
低周波成分によって両成分のレベル変動比が算出され
る。このレベル変動比の取り得る範囲は、予め複数の領
域に分割されて、その各領域毎に重み係数が付与されて
いる。前記レベル変動比が算出されると、そのレベル変
動比に該当する領域に付与された重み係数が出力され、
該出力された重み係数は、時間方向に所定数累加され
る。その累加結果は所定の閾値と比較され、その比較結
果に基づき、キャビテーション雑音の検出が行われる。
According to the present invention, since the cavitation noise detecting method is configured as described above, when a wideband signal near the propeller is received by the sensor, the wideband signal is divided into a high-frequency component and a low-frequency component. The level variation ratio between the two components is calculated based on the obtained high-frequency component and low-frequency component. The range in which the level variation ratio can be taken is divided into a plurality of regions in advance, and a weighting factor is assigned to each region. When the level variation ratio is calculated, a weight coefficient assigned to the area corresponding to the level variation ratio is output,
A predetermined number of the output weight coefficients are added in the time direction. The addition result is compared with a predetermined threshold value, and cavitation noise is detected based on the comparison result.

【0016】これにより、キャビテーション雑音によら
ないパルス状の信号等が発生した場合でも誤警報が発生
せず、しかも周囲環境や経年変化に関係なく、安定的に
キャビテーション雑音の検出が行える。
As a result, even when a pulse-like signal or the like that does not depend on cavitation noise is generated, no false alarm is generated, and cavitation noise can be stably detected regardless of the surrounding environment and aging.

【0017】従って、前記課題を解決できるのである。Therefore, the above problem can be solved.

【0018】[0018]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を示すキャビ
テーション雑音検出方法におけるキャビテーション雑音
検出装置の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of a cavitation noise detection device in a cavitation noise detection method according to a first embodiment of the present invention.

【0019】このキャビテーション雑音検出装置は、プ
ロペラ近傍に設けられたハイドロホン等のセンサ10を
有し、そのセンサ10には、増幅器11を介して周波数
分割手段20が接続されている。
This cavitation noise detecting device has a sensor 10 such as a hydrophone provided near the propeller. The sensor 10 is connected to a frequency dividing means 20 via an amplifier 11.

【0020】周波数分割手段20は、増幅器11の出力
を低周波成分と高周波成分に分割する機能を有してい
る。この周波数分割手段20は、受信信号の不要な周波
数成分を除去する高周波側帯域制限フィルタ21及び低
周波側帯域制限フィルタ22を有し、その各出力側に
は、瞬時パワー算出器23,24及び分散値算出器2
5,26がそれぞれ接続されている。
The frequency dividing means 20 has a function of dividing the output of the amplifier 11 into a low frequency component and a high frequency component. This frequency dividing means 20 has a high-frequency band-limiting filter 21 and a low-frequency band-limiting filter 22 for removing unnecessary frequency components of the received signal. Variance calculator 2
5 and 26 are respectively connected.

【0021】高周波側帯域制限フィルタ21及び低周波
側帯域制限フィルタ22は、キャビテーション雑音の特
徴を捕えやすいように、複数の帯域通過域で構成されて
いる。この帯域制限フィルタ21,22は、アナログの
バンドパスフィルタで構成してもよいし、あるいは増幅
器11の出力をディジタル化してディジタルフィルタと
して構成してもよい。
The high-frequency band-limiting filter 21 and the low-frequency band-limiting filter 22 are configured with a plurality of bandpass bands so that the characteristics of cavitation noise can be easily captured. The band limiting filters 21 and 22 may be configured by analog band pass filters, or may be configured as digital filters by digitizing the output of the amplifier 11.

【0022】各瞬時パワー算出器23,24は、各帯域
制限フィルタ21,22の出力に基づき、瞬時パワーを
算出するものである。各分散値算出器25,26は、各
瞬時パワー算出器23,24から出力された瞬時パワー
を用いて各周波数帯域の平均値と分散の平均を求めるも
のである。
Each of the instantaneous power calculators 23 and 24 calculates the instantaneous power based on the output of each of the band limiting filters 21 and 22. Each of the variance calculators 25 and 26 calculates the average value and the variance of each frequency band using the instantaneous power output from each of the instantaneous power calculators 23 and 24.

【0023】周波数分割手段20の出力側には、レベル
変動比算出器31、重み係数判定器32、累加器33、
及び比較器34が順次接続され、比較器34の出力側に
は出力端子35が接続されている。
On the output side of the frequency dividing means 20, a level variation ratio calculator 31, a weight coefficient determiner 32, an accumulator 33,
And a comparator 34 are sequentially connected, and an output terminal 35 is connected to an output side of the comparator 34.

【0024】レベル変動比算出器31は、分散値算出器
25,26の出力に基づき、レベル変動比を算出し、該
レベル変動比を重み係数判定器32に与える機能を有し
ている。
The level variation ratio calculator 31 has a function of calculating a level variation ratio based on the outputs of the variance value calculators 25 and 26, and providing the level variation ratio to the weight coefficient determiner 32.

【0025】重み係数判定器32は、レベル変動比算出
器31から出力されるレベル変動比に基づき、該レベル
変動比に応じた重み係数を発生し、累加器33に与える
ように働く。
The weight coefficient judging unit 32 generates a weight coefficient corresponding to the level fluctuation ratio based on the level fluctuation ratio output from the level fluctuation ratio calculator 31, and serves to give the weight coefficient to the accumulator 33.

【0026】累加器33は、重み係数判定器32から出
力される重み係数を時間方向に所定数累加して、その累
加結果を比較器34へ出力するものである。
The accumulator 33 accumulates a predetermined number of weighting factors output from the weighting factor discriminator 32 in the time direction, and outputs the sum to a comparator 34.

【0027】比較器34は、累加器33からの累加結果
とキャビテーション検出雑音判定のための所定の閾値T
HLとを比較して、その比較結果に基づきキャビテーシ
ョン雑音検出信号を出力端子35へ出力するものであ
る。
The comparator 34 calculates the sum of the sum from the accumulator 33 and a predetermined threshold T for determining cavitation detection noise.
HL, and outputs a cavitation noise detection signal to the output terminal 35 based on the comparison result.

【0028】図3は、図1中の重み係数判定器32を説
明する図であり、横軸に入力されるレベル変動比、縦軸
に出力される重み係数ωl (l =1,2,…,N)がそ
れぞれとられている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the weight coefficient judging unit 32 in FIG. 1. The level fluctuation ratio input on the horizontal axis and the weight coefficient ω l (l = 1, 2, 2) output on the vertical axis. .., N).

【0029】重み係数判定器32は、レベル変動比の取
り得る範囲をN個の領域に分割し、その分割した領域毎
に重み係数ωl (l =1,2,…,N)を付与し、入力
されたレベル変動比に応じた該重み係数ωl を出力する
ようになっている。ここで、分割領域の個数は、例えば
3〜4程度の値がとられる。図3では、N=4の場合が
示されている。
The weight coefficient determiner 32 divides the range in which the level variation ratio can be taken into N areas, and assigns a weight coefficient ω l (l = 1, 2,..., N) to each of the divided areas. , and it outputs a heavy viewed coefficient omega l corresponding to an input level variation ratio. Here, the number of divided regions takes, for example, a value of about 3 to 4. FIG. 3 shows a case where N = 4.

【0030】以上のように構成されるキャビテーション
雑音検出装置を用いた本実施例のキャビテーション雑音
検出方法について、図1及び図3を参照しつつ説明す
る。
The cavitation noise detection method of the present embodiment using the cavitation noise detection device configured as described above will be described with reference to FIGS.

【0031】図1において、艦船等のプロペラが回転
し、該プロペラ近傍から広帯域信号が発生すると、その
広帯域信号がセンサ10で受信され、増幅器11で適当
なレベルに増幅された後、高周波側帯域制限フィルタ2
1及び低周波側帯域制限フィルタ22へ入力される。高
周波側帯域制限フィルタ21及び低周波側帯域制限フィ
ルタ22では、受信信号の不要な周波数成分を除去し、
複数の周波数帯域に分割して各帯域毎に瞬時パワー算出
器23,24へそれぞれ送る。
In FIG. 1, when a propeller of a ship or the like rotates and a broadband signal is generated in the vicinity of the propeller, the broadband signal is received by a sensor 10 and amplified by an amplifier 11 to an appropriate level. Restriction filter 2
1 and input to the low frequency side band limiting filter 22. The high frequency side band limiting filter 21 and the low frequency side band limiting filter 22 remove unnecessary frequency components of the received signal,
It is divided into a plurality of frequency bands and sent to the instantaneous power calculators 23 and 24 for each band.

【0032】高周波側の瞬時パワー算出器23では、各
帯域毎に高周波側帯域制限フィルタ21の出力の二乗値
Hj(k)(これを瞬時パワーという。j は帯域番号
で、j =1,2,…,NH である。)を算出し、その結
果を分散値算出器25へ出力する。分散値算出器25で
は、瞬時パワー算出器23からの瞬時パワーPHj(k)
に基づき、指数平滑法による次式[数1]により、各帯
域の平均値mHj(k)、及び分散の平均δ2 Hj(k)を
求める。
The high frequency side instantaneous power calculator 23 calculates the square value P Hj (k) of the output of the high frequency side band limiting filter 21 for each band (this is called the instantaneous power. J is the band number, j = 1, 2,..., NH)) and outputs the result to the variance value calculator 25. In the variance calculator 25, the instantaneous power P Hj (k) from the instantaneous power calculator 23 is calculated.
, The average value m Hj (k) of each band and the average variance δ 2 Hj (k) of each band are obtained by the following equation [Equation 1] using the exponential smoothing method.

【0033】[0033]

【数1】(Equation 1)

【0034】 mHj(k)=(1−α)mHj(k−1)+α・PHj(k) δ2 Hj(k)=(1−α)δ2 Hj(k−1)+α[PHj(k)−mHj(k) ]2 +(1−α)[mHj(k)−mHj(k−1)]2 但し、αは定数、j =1,2,…,NH さらに、分散値算出器25では、各帯域の分散の平均δ
2 Hj(k)に基づき、次式[数2]により、帯域間で平
均をとることにより、高周波側の分散の平均δ
2 aH(k)を求め、該δ2 aH(k)をレベル変動比算出
器31へ出力する。
M Hj (k) = (1−α) m Hj (k−1) + α · P Hj (k) δ 2 Hj (k) = (1−α) δ 2 Hj (k−1) + α [ P Hj (k) −m Hj (k)] 2 + (1−α) [m Hj (k) −m Hj (k−1)] 2 where α is a constant, j = 1, 2,. Further, the variance calculator 25 calculates the average δ of the variance of each band.
Based on 2 Hj (k), the average of the dispersion on the high frequency side δ
2 aH (k) is obtained, and the δ 2 aH (k) is output to the level variation ratio calculator 31.

【0035】[0035]

【数2】(Equation 2)

【0036】 同様に、低周波側帯域制限フィルタ22の出力も、瞬
時パワー算出器24により、二乗値PLj(k)(j =
1,2,…,NL )が求められる。さらに、分散値算出
器26で、各帯域の平均値mLj(k)、分散の平均δ2
Lj(k)、及び低周波側の分散の平均δ2 aL(k)を求
めた後、該δ2 aL(k)をレベル変動比算出器31へ出
力する。
[0036] Similarly, the output of the low frequency side band limiting filter 22 is also calculated by the instantaneous power calculator 24 as the square value P Lj (k) (j =
1, 2,..., NL). Further, the variance value calculator 26 calculates the average value m Lj (k) of each band and the average δ 2 of the variance.
After determining the lj (k), and the low-frequency side of the variance of the average [delta] 2 aL (k), and outputs the [delta] 2 aL (k) of the level variation ratio calculator 31.

【0037】レベル変動比算出器31では、分散値算出
器25,26の出力δ2 aH(k)及びδ2 aL(k)に基
づき、レベル変動比γ(k)を次式[数3]で求め、該
レベル変動比γ(k)を重み係数判定器32へ出力す
る。
The level fluctuation ratio calculator 31 calculates the level fluctuation ratio γ (k) based on the outputs δ 2 aH (k) and δ 2 aL (k) of the variance value calculators 25 and 26 as follows : And outputs the level variation ratio γ (k) to the weight coefficient determination unit 32.

【0038】[0038]

【数3】(Equation 3)

【0039】γ(k)=δ2 aH(k)/δ2 aL(k) (またはδ2 aL(k)/δ2 aH(k)) 重み係数判定器32は、レベル変動比算出器31からの
レベル変動比γ(k)に対応する重み係数ωl (k)
を、例えば図3に示す対応関係に基づいて読出し、累加
器33へ送る。レベル変動比の重み係数への対応のさせ
方は、例えば図3のように、レベル変動比の取り得る範
囲をN個の領域に分割し、該分割した領域毎に重み係数
ωl (l =1,2,…,N)を付与する。なお、Nは、
例えば3〜4程度の値がとられ、ここでは例えばN=4
としている。
Γ (k) = δ 2 aH (k) / δ 2 aL (k) (or δ 2 aL (k) / δ 2 aH (k)) The weight coefficient determination unit 32 includes a level variation ratio calculator 31 Weighting factor ω l (k) corresponding to the level variation ratio γ (k) from
Is read out, for example, based on the correspondence shown in FIG. The way in which the level variation ratio corresponds to the weighting factor is, for example, as shown in FIG. 3, a range in which the level variation ratio can be taken is divided into N regions, and the weighting factor ω l (l = 1, 2,..., N). Note that N is
For example, a value of about 3 to 4 is taken, and here, for example, N = 4
And

【0040】累加器33は、重み係数判定器32から出
力された重み係数ωl (k)を、次式[数4]に従って
時間方向にM個累加し、累加結果W(k)を比較器34
へ出力する。
The accumulator 33 accumulates M weight coefficients ω l (k) output from the weight coefficient determiner 32 in the time direction in accordance with the following equation (Equation 4), and compares the accumulative result W (k) with a comparator. 34
Output to

【0041】[0041]

【数4】(Equation 4)

【0042】 比較器34は、累加器33からの出力W(k)とキャ
ビテーション雑音検出のための所定の閾値THLとを比
較し、次式[数5]を満足しているか否かを判定する。
[0042] The comparator 34 compares the output W (k) from the accumulator 33 with a predetermined threshold value THL for detecting cavitation noise, and determines whether or not the following expression [Equation 5] is satisfied.

【0043】[0043]

【数5】(Equation 5)

【0044】W(k)≧THL (γ(k)=δ2 aH(k)/δ2 aL(k)の場合) 数式[数5]の条件を満足する場合、比較器34は、キ
ャビテーション雑音検出信号を出力端子35へ出力す
る。
W (k) ≧ THL (in the case of γ (k) = δ 2 aH (k) / δ 2 aL (k)) When the condition of Expression [5] is satisfied, the comparator 34 sets the cavitation noise The detection signal is output to the output terminal 35.

【0045】本実施例では、次のような利点を有してい
る。
The present embodiment has the following advantages.

【0046】(A) 本実施例のキャビテーション雑音
検出方法では、センサ10で受信したプロペラ近傍の広
帯域信号を高周波成分と低周波成分に分割し、両成分の
レベル変動比γ(k)を求め、その連続的な値をとるレ
ベル変動比から離散的な値をとる重み係数ω(k)への
変換を行い、該変換値を時間方向に所定数累加した累加
結果即ち数式[数4]で示されるW(k)に基づいてキ
ャビテーション雑音の検出を行うようにしている。
(A) In the cavitation noise detection method of the present embodiment, the wideband signal near the propeller received by the sensor 10 is divided into a high-frequency component and a low-frequency component, and a level variation ratio γ (k) of both components is obtained. A conversion is performed from the level variation ratio having a continuous value to a weighting coefficient ω (k) having a discrete value, and the converted value is added by a predetermined number in the time direction, that is, an accumulation result, that is, an expression [Formula 4] Cavitation noise is detected based on W (k).

【0047】このため、離散的な値をとる各重み係数ω
(k)(即ちωl (k)、l =1,2,…,N)を設定
するにあたって、単発的に高いレベル変動比γ(k)が
入っても数式[数4]のW(k)が閾値THLを越えな
いように重みの値を定めれば、キャビテーション雑音に
よらないパルス状の信号等が生じた場合でも誤警報の発
生を防止できる。
For this reason, each weight coefficient ω taking a discrete value
In setting (k) (that is, ω l (k), l = 1, 2,..., N), even if a high level fluctuation ratio γ (k) enters sporadically, W (k) ) Does not exceed the threshold value THL, a false alarm can be prevented even when a pulse-like signal or the like not caused by cavitation noise occurs.

【0048】(B) さらに、本実施例では、周囲雑音
のレベル及び艦船等の特性の経年変化等にほとんど影響
を受けずにキャビテーション雑音の検出を行えるが、例
えば各重み係数ωl (k)に対応付けられるレベル変動
比γ(k)の範囲及び分割領域の個数等を、背景雑音及
び艦船の特性変化等に応じて設定しておくことにより、
背景雑音のレベルが高い場合や、経年変化によって艦船
等の特性が変化した場合における誤警報の防止効果を一
層高められると共に、キャビテーション雑音発生の検出
をより効果的に行うことができる。
(B) Further, in the present embodiment, the cavitation noise can be detected almost without being affected by the level of the ambient noise and the secular change of the characteristics of the ship and the like. For example, each weight coefficient ω l (k) By setting the range of the level variation ratio γ (k) and the number of divided areas, etc., corresponding to the background noise and the change in the characteristics of the ship,
When the background noise level is high or when the characteristics of a ship or the like change due to aging, the effect of preventing false alarms can be further enhanced, and the occurrence of cavitation noise can be detected more effectively.

【0049】図4は、本発明の第2の実施例を示すキャ
ビテーション雑音検出方法におけるキャビテーション雑
音検出装置の機能ブロック図であり、図1中の要素と共
通の要素には共通の符号が付されている。
FIG. 4 is a functional block diagram of a cavitation noise detection apparatus in a cavitation noise detection method according to a second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. ing.

【0050】このキャビテーション雑音検出装置では、
図1の周波数分割手段20に代えて、構成の異なる周波
数分割手段40が設けられている。
In this cavitation noise detection device,
Instead of the frequency dividing means 20 of FIG. 1, a frequency dividing means 40 having a different configuration is provided.

【0051】周波数分割手段40は、増幅器11の出力
を低周波成分と高周波成分に分割する機能を有し、増幅
器11の出力より不要な周波数成分を除去する帯域制限
フィルタ41を備えている。帯域制限フィルタ41の出
力側には、該帯域制限フィルタ41の出力をディジタル
信号に変換するサンプラ42が接続され、さらにその出
力側に、周波数分析器43が接続されている。周波数分
析器43は、サンプラ42の出力に対して高速フーリエ
変換等の手法を用い、所定の分析幅で複数の周波数bi
nに分割する機能を有し、その出力側には、bin選択
器44が接続されている。
The frequency dividing means 40 has a function of dividing the output of the amplifier 11 into a low frequency component and a high frequency component, and includes a band limiting filter 41 for removing unnecessary frequency components from the output of the amplifier 11. A sampler 42 for converting the output of the band-limiting filter 41 into a digital signal is connected to the output side of the band-limiting filter 41, and a frequency analyzer 43 is connected to the output side. The frequency analyzer 43 uses a technique such as a fast Fourier transform on the output of the sampler 42 to generate a plurality of frequencies bi with a predetermined analysis width.
It has a function of dividing into n, and a bin selector 44 is connected to the output side.

【0052】bin選択器44は、周波数分析器43の
出力に対してキャビテーション雑音の特徴を有している
周波数binを選択し、該周波数binを高周波側と低
周波側に切替えて出力するものである。bin選択器4
4の高周波側出力端子には、瞬時パワー算出器45を介
して分散値算出器47が接続され、さらに低周波側出力
端子には瞬時パワー算出器46を介して分散値算出器4
8が接続されている。瞬時パワー算出器45,46は、
bin選択器44の出力より瞬時パワーを求め、該瞬時
パワーを分散値算出器47,48へ与える機能を有して
いる。分散値算出器47,48は、図1の分散値算出器
25,26と同様の構成を有し、その出力側には、レベ
ル変動比算出器31が接続されている。
The bin selector 44 selects a frequency bin having the characteristic of cavitation noise from the output of the frequency analyzer 43, and switches the frequency bin between a high frequency side and a low frequency side to output. is there. bin selector 4
4 is connected to a variance calculator 47 via an instantaneous power calculator 45, and to the lower frequency output terminal is connected to a variance calculator 4 via an instantaneous power calculator 46.
8 are connected. The instantaneous power calculators 45 and 46 are:
It has a function of obtaining the instantaneous power from the output of the bin selector 44 and supplying the instantaneous power to the variance calculators 47 and 48. The variance value calculators 47 and 48 have the same configuration as the variance value calculators 25 and 26 in FIG. 1, and the level variation ratio calculator 31 is connected to the output side.

【0053】次に、動作を説明する。Next, the operation will be described.

【0054】プロペラの回転によって発生した広帯域信
号は、センサ10で受信され、増幅器11で適当なレベ
ルに増幅される。増幅器11の出力は、帯域制限フィル
タ41により、不要な周波数帯域が除去された後、サン
プラ42でディジタル化されて周波数分析器43へ送ら
れる。
The broadband signal generated by the rotation of the propeller is received by the sensor 10 and amplified by the amplifier 11 to an appropriate level. The output of the amplifier 11 is digitized by a sampler 42 and sent to a frequency analyzer 43 after an unnecessary frequency band is removed by a band limiting filter 41.

【0055】周波数分析器43は、サンプラ42でディ
ジタル化された広帯域信号に対し、高速フーリエ変換等
の手法を用い、所定の分析幅で複数の周波数binに分
割し、その結果をbin選択器44へ出力する。bin
選択器44は、周波数分析器43からの信号に対し、キ
ャビテーション雑音の特徴を有している周波数binを
選択し、該binが高周波側に属しているときには、そ
の結果を高周波側の瞬時パワー算出器45へ与え、該b
inが低周波側に属しているときには、その結果を低周
波側の瞬時パワー算出器46へ出力する。
The frequency analyzer 43 divides the wideband signal digitized by the sampler 42 into a plurality of frequency bins with a predetermined analysis width by using a method such as fast Fourier transform, and the result is bin selector 44. Output to bin
The selector 44 selects a frequency bin having cavitation noise characteristics from the signal from the frequency analyzer 43, and when the bin belongs to the high frequency side, calculates the instantaneous power on the high frequency side. To the container 45, and b
When in belongs to the low frequency side, the result is output to the instantaneous power calculator 46 on the low frequency side.

【0056】ここで、周波数binの選択法の一例とし
ては、事前にキャビテーション雑音の分析を行い、キャ
ビテーション雑音の特徴が大きく現れるbin番号を事
前に設定しておく方法等がある。
Here, as an example of a method of selecting a frequency bin, there is a method in which cavitation noise is analyzed in advance, and a bin number in which characteristics of the cavitation noise appear largely is set in advance.

【0057】高周波側の瞬時パワー算出器45では、b
in選択器44からの信号x(fHj)(j =1,2,
…,NH )を用い、次式[数6]により、高周波側の瞬
時パワーPHj(k)を求め、分散値算出器47へ出力す
る。
In the instantaneous power calculator 45 on the high frequency side, b
signal x (f Hj ) (j = 1, 2, 2)
.., NH), the instantaneous power P Hj (k) on the high frequency side is calculated by the following equation [Equation 6], and output to the variance calculator 47.

【0058】[0058]

【数6】(Equation 6)

【0059】PHj(k)=|x(fHj)|2 但し、j =1,2,…,NH 同様に、低周波側の瞬時パワー算出器46では、bin
選択器44からの信号x(fLj)(j =1,2,…,N
L )を用い、低周波側の瞬時パワーPLj(k)を求め、
分散値算出器48へ出力する。これらの分散値算出器4
7,48の出力によって、前記第1の実施例と同様に、
レベル変動比算出器31でレベル変動比γ(k)が求め
られ、重み係数判定器32、累加器33、及び比較器3
4によってキャビテーション雑音の検出が行われる。そ
のため、前記第1の実施例とほぼ同様の利点が得られ
る。
P Hj (k) = | x (f Hj ) | 2 where j = 1, 2,..., NH Similarly, the instantaneous power calculator 46 on the low frequency side has a bin
The signal x (f Lj ) from the selector 44 (j = 1, 2,..., N
L) to determine the instantaneous power P Lj (k) on the low frequency side,
Output to the variance calculator 48. These variance calculators 4
7 and 48, the same as in the first embodiment,
The level fluctuation ratio γ (k) is obtained by the level fluctuation ratio calculator 31, and the weight coefficient determiner 32, the accumulator 33, and the comparator 3
4 detects cavitation noise. Therefore, substantially the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

【0060】なお、本発明は、上記実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例
えば次のようなものがある。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, there are the following modifications.

【0061】(a) 第1の実施例では、分散値算出器
25,26により、指数平滑法を用いた数式[数1]に
従い、例えば平均値mHj(k)、及び分散の平均δ2 Hj
(k)を求めているが、時間方向にN個のサンプルを集
め、単純に加算して1/N倍する単純平均法等を用いて
もよい。
(A) In the first embodiment, for example, the average value m Hj (k) and the average variance δ 2 of the variance are calculated by the variance value calculators 25 and 26 in accordance with the equation [Equation 1] using the exponential smoothing method. Hj
Although (k) is obtained, a simple averaging method or the like in which N samples are collected in the time direction and simply added and multiplied by 1 / N may be used.

【0062】(b) 図1及び図4の周波数分割手段2
0,40は、図示以外の構成にしてもよい。さらに、図
1及び図4の各構成ブロックは、集積回路等を用いた個
別回路で構成してもよいし、プロセッサを用いたプログ
ラム制御等により実行する構成にしてもよい。このよう
なプログラム制御で実行すれば、回路構成の簡単化が図
れる。
(B) Frequency dividing means 2 in FIGS. 1 and 4
0 and 40 may have configurations other than those shown. 1 and 4 may be configured as individual circuits using an integrated circuit or the like, or may be configured to be executed by program control using a processor or the like. If executed under such program control, the circuit configuration can be simplified.

【0063】(c) 上記実施例では、重み係数判定器
32においてレベル変動比の取り得る範囲を複数の領域
に分割する際に、その分割領域の個数を3〜4程度(例
えばN=4)とするものとしたが、この分割領域の個数
あるいは各領域のレベル変動比の範囲等は、例えば背景
雑音のレベル等に応じて適宜設定が可能である。また、
累加器33において行われる重み係数の累加について
は、累加される時間範囲あるいは累加される重み係数の
個数等は適宜設定が可能である。
(C) In the above embodiment, when the range in which the level variation ratio can be taken is divided into a plurality of regions by the weight coefficient determining unit 32, the number of the divided regions is about 3 to 4 (for example, N = 4). However, the number of the divided areas, the range of the level variation ratio of each area, and the like can be appropriately set according to, for example, the level of the background noise. Also,
Regarding the addition of the weighting coefficients performed by the accumulator 33, the time range to be added or the number of weighting coefficients to be added can be set as appropriate.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、キャビテーション雑音の特徴として高周波側のレ
ベル変動が低周波側のレベル変動に比べて大きくなると
いう点に着目し、センサで受信したプロペラ近傍の広帯
域信号を高周波成分と低周波成分に分割し、その分割し
た高周波成分と低周波成分により、両成分のレベル変動
比を求め、そのレベル変動比を用いてキャビテーション
雑音を検出するようにしている。つまり、前記レベル変
動比に応じた重み係数を出力し、前記重み係数出力を時
間方向に所定数累加し、前記累加結果を所定の閾値と比
較して、その比較結果に基づき、キャビテーション雑音
の検出を行う。
As described above in detail, according to the present invention, attention is paid to the fact that the level fluctuation on the high frequency side is larger than the level fluctuation on the low frequency side as a characteristic of cavitation noise, and the cavitation noise is received by the sensor. Divides the wideband signal in the vicinity of the propeller into a high-frequency component and a low-frequency component, obtains a level variation ratio of both components based on the divided high-frequency component and low-frequency component, and detects cavitation noise using the level variation ratio. I have to. That is, a weighting coefficient corresponding to the level variation ratio is output, a predetermined number of the weighting coefficient outputs are added in the time direction, the addition result is compared with a predetermined threshold, and cavitation noise detection is performed based on the comparison result. I do.

【0065】このように、連続的な値をとるレベル変動
比から離散的な値をとる重み係数への変換を行い、該変
換値を累加した結果をキャビテーション雑音検出の判定
に利用しているので、キャビテーション雑音によらない
パルス状の信号等が発生した場合でも誤警報の発生を防
止でき、信頼性の高いキャビテーション雑音検出方法を
提供することができる。
As described above, the conversion from the level variation ratio having a continuous value to the weighting factor having a discrete value is performed, and the result obtained by adding up the converted values is used for the determination of cavitation noise detection. In addition, even when a pulse-like signal or the like that does not depend on cavitation noise is generated, the generation of a false alarm can be prevented, and a highly reliable cavitation noise detection method can be provided.

【0066】さらには、周囲雑音のレベル及び艦船等の
特性の経年変化などにほとんど影響を受けずにキャビテ
ーション雑音の検出を行えるが、重み係数を例えば周囲
雑音のレベル及び艦船の特性の経年変化等を考慮して設
定することにより、背景雑音のレベルが高い場合や、経
年変化により艦船等の特性が変化した場合における誤警
報をより効果的に防止できると共に、キャビテーション
雑音発生の検出率を一層向上させることができる。
Further, the cavitation noise can be detected without being affected by the level of the ambient noise and the aging of the characteristics of the ship and the like. In consideration of this, false alarms can be more effectively prevented when the level of background noise is high, or when the characteristics of ships and the like change due to aging, and the detection rate of cavitation noise generation is further improved. Can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例におけるキャビテーショ
ン雑音検出装置の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of a cavitation noise detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来の検出方法におけるキャビテーション雑音
検出装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a cavitation noise detection device in a conventional detection method.

【図3】図1中の重み係数判定器を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a weight coefficient determining unit in FIG. 1;

【図4】本発明の第2の実施例におけるキャビテーショ
ン雑音検出装置の機能ブロック図である。
FIG. 4 is a functional block diagram of a cavitation noise detection device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】 10 センサ 20,40 周波数分割手段 21 高周波側帯域制限フィルタ 22 低周波側帯域制限フィルタ 23,24,45,46 瞬時パワー算出器 25,26,47,48 分散値算出器 31 レベル変動比算出器 32 重み係数判定器 33 累加器 34 比較器 41 帯域制限フィルタ 42 サンプラ 43 周波数分析器 44 bin選択器 THL 所定の閾値[Description of Signs] 10 Sensor 20, 40 Frequency dividing means 21 High frequency side band limiting filter 22 Low frequency side band limiting filter 23, 24, 45, 46 Instantaneous power calculator 25, 26, 47, 48 Dispersion value calculator 31 Level Fluctuation ratio calculator 32 weight coefficient determiner 33 accumulator 34 comparator 41 band limiting filter 42 sampler 43 frequency analyzer 44 bin selector THL predetermined threshold

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プロペラの近傍に設けられたセンサで受
信した広帯域信号を低周波成分と高周波成分に分割し、
前記分割した低周波成分と高周波成分のレベル変動比を
算出し、前記レベル変動比に基づき前記プロペラの回転
に伴い発生するキャビテーション雑音を検出するキャビ
テーション雑音検出方法において、前記レベル変動比の
取り得る範囲を複数の領域に分割してその各領域に重み
係数を付与しておき、前記算出したレベル変動比に応じ
た重み係数を出力し、前記重み係数出力を時間方向に所
定数累加し、前記累加結果を所定の閾値と比較すること
により、前記キャビテーション雑音の検出を行うことを
特徴とするキャビテーション雑音検出方法。
1. A broadband signal received by a sensor provided near a propeller is divided into a low frequency component and a high frequency component,
In the cavitation noise detection method of calculating a level variation ratio between the divided low frequency component and high frequency component and detecting cavitation noise generated by rotation of the propeller based on the level variation ratio, a range in which the level variation ratio can be taken Is divided into a plurality of regions, a weighting factor is assigned to each of the regions, a weighting factor corresponding to the calculated level variation ratio is output, and a predetermined number of the weighting factor outputs are cumulatively added in the time direction. A cavitation noise detection method, wherein the cavitation noise is detected by comparing a result with a predetermined threshold.
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