CN116529569A - 监视装置、声音采集装置及监视方法 - Google Patents

Abstract

监视装置(1)、声音采集装置(11)及监视方法具备声音采集装置(11)和信息处理装置(12)，声音采集装置(11)配置有多个麦克风(110)，该多个麦克风(110)将从设备(2)发出的包含可听声和超声波在内的声波转换成一次声压信号(SP1)，信息处理装置(12)能够执行：基于可听声的一次声压信号(SP1)来检测设备(2)有无异常的处理；生成对超声波的一次声压信号(SP1)进行波束成形处理而得到的二次声压信号(SP2)，基于二次声压信号(SP2)来检测设备(2)的异常部位(P)的处理。

Description

监视装置、声音采集装置及监视方法

技术领域

本公开涉及对设备的状态进行监视的监视装置、声音采集装置及监视方法。

背景技术

已知有基于从设备产生的声音对设备的异常进行诊断的技术。例如，日本特开2013-200144号公报公开了对于来自声音采集器的信号进行高速傅里叶变换等各种处理，进行标本值的学习及诊断的技术。

日本特开2001-151330号公报公开了关于传送带异常诊断装置，使用无指向性麦克风和指向性麦克风的技术。

另外，日本特开2017-32488号公报公开了将二维地配置声音采集要素的麦克风阵列配置在设备内部，确定产生了异常音的声源的二维位置的技术。在日本特开2017-32488号公报中，基于异常音的到达时间最早的声音采集要素或检测到的异常音最强的声音采集要素的位置，来确定异常音的声源位置。并且，基于设备的平面配置相关的设备映射和该声源位置，确定产生异常音的声源的设备单元。

另外，日本特开2013-15468号公报公开了使用将多个麦克风等间隔地安装的声音采集装置来提取异常区域的技术。在日本特开2013-15468号公报中，虚拟地设定多个虚拟屏幕，将各虚拟屏幕在格子上进行分割，通过对于从声音采集装置得到的声压信号实施波束成形处理来计算各格子点的声压水平。并且，通过将该声压水平与基准声压水平进行比较，从多个格子点来提取声压异常区域。

在日本特开2017-32488号公报的监视装置中，将具有多个麦克风的声音采集装置(麦克风阵列)配置在对象设备的壳体内，检测有无异常和异常部位这样的设备的异常。这样，在基于通过声音采集装置检测到的声音来监视该设备的异常的情况下，声音采集装置需要为能够配置在设备的壳体内或该设备的监视对象部位的最近处的大小，并要求能够检测为了检测设备的异常所需的声音的精度。

在具备具有多个麦克风的声音采集装置的监视装置中，利用多个麦克风检测从与异常部位对应的声源发出的声波，从而基于各麦克风的声波的到达时间之差(即，相位差)和声压水平之差，能够检测与异常部位对应的声源的位置。在此，如果扩大各麦克风的间隔，则能够增大通过声音采集装置检测的声波的相位差，并且能够扩宽声音采集装置的声波的检测范围。因此，在具有多个麦克风的声音采集装置中，只要能够扩宽各麦克风的间隔，就能够提高有无异常及异常部位这样的设备的异常的检测精度。

然而，具有多个麦克风的声音采集装置当扩宽各麦克风的间隔时尺寸变大，因此难以配置在设备的壳体内或该设备的监视对象部位的最近处。因此，在将具有多个麦克风的声音采集装置配置在设备的壳体内或该设备的监视对象部位的最近处的监视装置中，难以扩大各麦克风的间隔来提高有无异常及异常部位这样的设备的异常的检测精度。

发明内容

本公开涉及能够基于通过多个麦克风检测到的声波检测对象设备的异常和异常部位的监视装置和监视方法，以及它们所使用的声音采集装置，能够在不使声音采集装置大型化的情况下高精度地检测设备的异常。

一种监视装置，构成为对设备的运转状态进行监视，其中，具备：声音采集装置，配置有多个麦克风，该多个麦克风将从所述设备发出的包含可听声和超声波在内的声波转换成一次声压信号；及信息处理装置，构成为执行第一处理和第二处理，该第一处理基于所述一次声压信号中的可听声域的信号来检测所述设备有无异常，该第二处理对所述一次声压信号中的超声波域的信号进行波束成形处理而生成二次声压信号，基于所述二次声压信号来检测所述设备的异常部位。

根据上述第一方案，通过将进行设备的异常部位的检测的声波设为超声波，即使不扩大麦克风的间隔也能够高精度地检测异常部位。而且，通过将进行设备的异常的检测的声波设为可听声，能够基于从存在异常的设备发出的典型的可听声，高精度地检测设备的异常。其结果是，能够在不使声音采集装置大型化的情况下高精度地检测设备的异常。

根据本公开的第二方案，优选的是，所述信息处理装置在所述第一处理中检测到所述设备存在异常的情况下，执行所述第二处理。

通过采用上述第二方案的结构，能够减少信息处理装置的运算量。

根据本公开的第三方案，优选的是，所述信息处理装置构成为，在所述第一处理中检测到所述设备存在异常的情况下，还执行第三处理，该第三处理基于所述一次声压信号中的所述可听声域的信号来检测所述设备的异常内容。

通过采用上述第三方案的结构而将进行设备的异常内容的检测的声波设为可听声，能够基于从存在异常的设备发出的典型的可听声，高精度地检测设备的异常内容。

根据本公开的第四方案，优选的是，所述信息处理装置在所述第二处理中，基于不包含所述设备的固有振动频率在内的频带的所述二次声压信号来检测所述设备的异常部位。

通过采用上述第四方案的结构，能够更高精度地检测设备的异常部位。

根据本公开的第五方案，优选的是，所述信息处理装置执行第四处理，该第四处理取得初期一次声压信号，该初期一次声压信号是在所述设备的运转初期从该设备发出的所述声波的所述一次声压信号，所述信息处理装置在所述第二处理中，基于初期二次声压信号与在所述设备的运转初期后的该第二处理中生成的所述二次声压信号之差，来检测所述设备的异常部位，所述初期二次声压信号是对所述初期一次声压信号进行波束成形处理而生成的所述二次声压信号。

通过采用上述第五方案的结构，能够更高精度地检测设备的异常部位。

根据本公开的第六方案，优选的是，所述多个麦克风包括：第一麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述超声波的距离；及第二麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述可听声且比所述第一麦克风组的所述距离大的距离。

通过采用上述第六方案的结构，能够在不使声音采集装置大型化的情况下通过一个声音采集装置高精度地检测可听声和超声波的声波。作为其结果，能够将声音采集装置容易配置在设备的壳体内或该设备的监视对象部位的最近处。

根据本公开的第七方案，一种声音采集装置，使用于对设备的运转状态进行监视的监视装置，其中，所述声音采集装置具备多个麦克风，该多个麦克风将从所述设备发出的包含可听声及超声波在内的声波转换成声压信号，所述多个麦克风包括：第一麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述超声波的距离；及第二麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述可听声且比所述第一麦克风组的所述距离大的距离。

根据上述第七方案，能够在不使声音采集装置大型化的情况下通过一个声音采集装置高精度地检测可听声和超声波的声波。作为其结果，能够将声音采集装置容易配置在设备的壳体内或该设备的监视对象部位的最近处。

根据本公开的第八方案，一种监视方法，通过声音采集装置对设备的运转状态进行监视，该声音采集装置配置有多个麦克风，其中，所述监视方法包括以下步骤：通过所述多个麦克风取得从所述设备发出的包含可听声及超声波在内的声波作为一次声压信号；基于取得的所述一次声压信号中的可听声域的信号，来检测所述设备有无异常；及在检测到所述设备存在异常的情况下，基于对取得的所述一次声压信号中的超声波域的信号进行波束成形处理而生成的二次声压信号，来检测所述设备的异常部位。

根据上述第八方案，通过将进行设备的异常部位的检测的声波设为超声波，即使不扩宽麦克风的间隔，也能够高精度地检测异常部位。而且，通过将进行设备的异常的检测的声波设为可听声，能够基于从存在异常的设备发出的典型的可听声，高精度地检测设备的异常。其结果是，能够在不使声音采集装置大型化的情况下高精度地检测设备的异常。

根据本公开的第九方案，优选的是，所述监视方法还包括以下步骤：在检测到所述设备存在异常的情况下，基于取得的所述一次声压信号中的所述可听声域的信号，来检测所述设备的异常内容。

通过采用上述第九方案的结构，将进行设备的异常内容的检测的声波设为可听声，从而能够基于从存在异常的设备发出的典型的可听声，高精度地检测设备的异常内容。

根据本公开，涉及基于通过多个麦克风检测到的声波能够检测对象设备的异常和异常部位的监视装置及监视方法和它们使用的声音采集装置，能够在不使声音采集装置大型化的情况下高精度地检测设备的异常。

附图说明

图1是表示实施方式的监视装置的示意图。

图2是表示声音采集装置相对于监视对象的设备的配置的说明图。

图3A是表示实施方式的映射信息的一例的说明图。

图3B是表示实施方式的映射信息的一例的说明图。

图4A是表示声音采集装置的麦克风的配置的示意图。

图4B是表示声音采集装置的麦克风的配置的示意图。

图5是表示实施方式的监视处理的次序的流程图。

图6是表示异常检测步骤中的声波的检测状况的说明图。

图7A是表示异常部位检测步骤中的波束成形处理的状况的说明图。

图7B是波束成形处理中的波束扫描范围的说明图。

图8是表示设备的固有振动频率的功率谱的图。

图9是表示超声波域的规定频率下的二次声压信号的功率谱密度与波束扫描角度的关系的图。

图10是决定异常部位的方法的说明图。

图11A是表示实施方式的监视装置的异常部位的检测结果的图。

图11B是表示实施方式的监视装置的异常部位的检测结果的图。

图11C是表示实施方式的监视装置的异常部位的检测结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本公开的实施方式。

在本公开中，“声波”是指在介质(例如，气体、液体或固体)中传播的弹性波。声波除了人类的可听频率(即，20Hz以上且小于20kHz)下的“声音”(以下，称为可听声)之外，也包括超声波(即，20kHz以上)、超低频音(即，小于20Hz)。

[监视装置的结构]

图1所示的监视装置1是基于声波来对图2所示的监视对象的设备2的运转状态进行监视的装置。监视装置1设置于例如设有设备2的房间之中。

如图1所示，监视装置1具备声音采集装置11、信息处理装置12、显示装置15、输入装置16及通信装置17。声音采集装置11具有配置在平面上的多个麦克风110。即，声音采集装置11是麦克风阵列(平面阵列)。

麦克风110是将从多个对象区域R发出的声波SW1合成的合成声波SW2转换成一次声压信号SP1的声压传感器(参照图2)。麦克风110将可听声(即，20Hz以上且小于20kHz)与超声波(即，20kHz以上)的合成声波SW2转换成一次声压信号SP1。麦克风110例如是无指向性的麦克风。关于麦克风110的配置，在后文叙述。

信息处理装置12具有运算装置13和存储装置14。信息处理装置12例如是计算机装置。存储装置14是存储各种信息的装置，例如具有HDD(Hard disk drive，硬盘驱动器)、RAM(Random access memory，随机存取存储器)及ROM(Read only memory，只读存储器)。

存储装置14在功能上具有映射信息数据库141和声压信号存储部142。映射信息数据库141及声压信号存储部142分别由存储装置14内的规定的存储区域构成。需要说明的是，映射信息数据库141及声压信号存储部142可以由相同的存储区域构成，也可以由互不相同的存储区域构成。存储装置14还存储计算机程序143。

图2所示的设备2是将具备轴承、旋转轴及电动机的通用设备(例如，鼓风机、泵、压缩机、工作机械)简化了的设备的例示。如图2所示，设备2具备一对轴承21、22、由该轴承21、22支承为能够旋转的旋转轴23及对旋转轴23进行驱动的电动机24。各轴承21、22由块25、26分别保持。

在本实施方式中，将设备2的异常的发生部位称为异常部位P。图2例示出在设备2的轴承22存在异常部位P的情况(换言之，在轴承22发生异常的情况)。并且，在本实施方式中，将轴承21、22存在的区域分别称为对象区域R1、R2。“对象区域”是在设备2中设想到异常的发生的构成部件所处的区域。以后，关于这些对象区域R1、R2，在没有特别区分的情况下，简称为“对象区域R”。在以下的说明中，“检测异常部位”这样的记载是指“检测包含异常部位P的对象区域R”。

如图2所示，声音采集装置11设置于从多个对象区域R分离了一定程度的位置。例如，声音采集装置11以分别正面地面对多个对象区域R的状态，设置在从多个对象区域R分别分离了几十cm～几m左右的位置。在对象区域R1、R2由图2所示那样的壳体2a覆盖的情况下，在面对壳体2a内的对象区域R1、R2的位置配置声音采集装置11。

这样，将声音采集装置11设置在从多个对象区域R分别分离了规定距离的位置，由此不是仅取得从特定的对象区域R发出的声波SW1，而是能够取得将从多个对象区域R发出的声波SW1合成的合成声波SW2。

在图1所示的信息处理装置12的映射信息数据库141存储映射信息M1。映射信息M1是指与多个对象区域R各自的相对于声音采集装置11的位置相关的信息。

图3A及3B是表示映射信息M1的一例的说明图。例如，映射信息M1被存储为表格形式的信息，该表格形式的信息如图3A所示地包含对象区域R的标识编号ID及表示该对象区域R存在的方向的角度。关于映射信息M1，只要声音采集装置11与设备2的相对位置被决定，则声音采集装置11与对象区域R的相对位置就唯一地决定。因此，用户向输入装置16输入对象区域R相对于声音采集装置11的位置信息，存储于映射信息数据库141。此外，可以通过从管理装置经由通信装置17接收映射信息M1来取得映射信息M1。

图3B是将映射信息M1的一例表示在规定的XY平面上的示意图。该XY平面是与声音采集装置11的配置多个麦克风110的平面(以下，称为阵列面)垂直的面。换言之，图3B示出在从声音采集装置11沿着阵列面的平行方向观察多个对象区域R时，被投影到规定的XY平面上的多个对象区域R的位置。在图3B中，在以声音采集装置11的阵列面的中心为原点O的XY平面上，将Y轴的正方向上的角度设为0°，将从原点O观察下对象区域R的轮廓存在的范围的最小角度和最大角度作为存储于映射信息M1的信息。

在映射信息M1中，将图3B所示的角度θ1设为对象区域R1的最大角度θ1，将角度θ2设为对象区域R1的最小角度θ2。即，从原点O观察下，将角度为θ2以上且θ1以下的范围设为对象区域R1存在的范围。而且，在映射信息M1中，将图3B所示的角度θ3设为对象区域R2的最大角度θ3，将角度θ4设为对象区域R2的最小角度θ4。即，将从原点O观察下角度为θ4以上且θ3以下的范围设为对象区域R2存在的范围。需要说明的是，在映射信息M1中，可以仅将通过原点O和对象区域R的中心的直线的角度设为存储于映射信息M1的信息。

另外，映射信息M1可以还加入关于与XY平面正交的方向的角度的信息。即，规定与XY平面正交的Z方向，在XYZ坐标系中，从声音采集装置11沿着阵列面的平行方向观察多个对象区域R时，关于被投影到规定的YZ平面上的多个对象区域R，可以将对象区域R的轮廓存在的范围的从原点O观察的最小角度和最大角度加入到存储于映射信息M1的信息中。

在图1所示的声压信号存储部142存储通过声音采集装置11取得的一次声压信号SP1和通过运算装置13算出的二次声压信号SP2。

运算装置13是从存储装置14读出计算机程序143而进行各种运算的装置，例如是CPU(Central Processing Unit)。运算装置13通过执行存储装置14存储的计算机程序143而实现作为生成部131的功能和作为检测部132的功能。

生成部131通过对一次声压信号SP1进行波束成形处理而由一次声压信号SP1生成二次声压信号SP2。检测部132基于一次声压信号SP1或二次声压信号SP2来检测对象区域R的异常。关于生成部131及检测部132的具体的功能，在后文叙述。

显示装置15与信息处理装置12电连接，将对象区域R的监视信息向用户显示。显示装置15例如是显示器及扬声器。监视信息例如包含与检测部132的异常检测结果及异常原因相关的信息。输入装置16与信息处理装置12电连接，将从用户输入的信息向信息处理装置12发送。输入装置16例如是鼠标及键盘。

通信装置17与信息处理装置12电连接，与图示省略的外部的装置(例如，管理多个监视装置1的管理装置)收发各种信息。通信装置17例如将对象区域R的监视信息向管理装置发送，从管理装置接收映射信息M1等各种设定信息。

[声音采集装置中的麦克风的配置]

图4A是表示声音采集装置11中的多个麦克风110的配置的说明图。如图4A所示，在声音采集装置11的阵列面配置21个麦克风110。在声音采集装置11的阵列面，以编号1的麦克风110为中心，在其外侧排列成正五边形的第一圈(即，编号2～6)的各麦克风110沿周向等间隔地排列。而且，在第一圈的各麦克风110的外侧，排列成正五边形的第二圈(即，编号7～11)的各麦克风110沿周向等间隔地排列。而且，在第二圈的各麦克风110的外侧，排列成正五边形的第三圈(即，编号12～16)的各麦克风110沿周向等间隔地排列。而且，在第三圈的各麦克风110的外侧，排列成正五边形的第四圈(即，编号17～21)的各麦克风110沿周向等间隔地排列。

如图4A所示，第二圈的正五边形相对于第一圈的正五边形的以编号1的麦克风110为中心的旋转方向的相位向图4A的逆时针方向相差角度ω1。而且，第三圈的正五边形相对于第二圈的正五边形的以编号1的麦克风110为中心的旋转方向的相位向图4A的逆时针方向相差角度ω2。在此，角度ω2成为比角度ω1大的角度(ω2>ω1)。而且，第四圈的正五边形相对于第三圈的正五边形的以编号1的麦克风110为中心的旋转方向的相位向图4A的逆时针方向相差角度ω3。在此，角度ω3成为比角度ω2大的角度(ω3>ω2)。

通过这样的结构，与将第一～第四圈的各麦克风110沿周向未设置相位差地配置的情况相比，能够使配置于声音采集装置11的阵列面上的各麦克风110更分散地配置。而且，通过设为将上述角度表示为ω3>ω2>ω1的关系，在声音采集装置11中，越是位于更外侧的圈的各麦克风110，各麦克风110彼此的周向及径向的间隔越大。换言之，在声音采集装置11中，越是位于更内侧的圈的各麦克风110，各麦克风110彼此的周向及径向的间隔越小。

在声音采集装置11中，配置于中心、第一圈及第二圈且如图4A所示地配置于圆Q1的内侧的各麦克风110(即，编号1～11)构成各麦克风110彼此的间隔成为适合于超声波的检测的距离的第一麦克风组MG1。而且，在声音采集装置11中，配置于第三圈及第四圈且配置于圆Q1的外侧的各麦克风110(即，编号12～21)构成各麦克风110彼此的间隔成为适合于可听声的检测的距离的第二麦克风组MG2。

具体而言，在本实施方式的声音采集装置11中，第一麦克风组MG1中的各麦克风110彼此的间隔成为2.3～8.5mm左右。超声波的波长例如在20kHz下为约17mm，在50kHz下为约7mm。因此，根据通过第一麦克风组MG1检测到的声波，能得到对于包含异常部位P的对象区域R的检测而言充分的相位差。而且，第二麦克风组MG2中的各麦克风110彼此的间隔成为8.5mm以上。因此，第二麦克风组MG2的各麦克风110适合于与超声波相比为长波长的可听声的检测，能够检测比第一麦克风组MG1大范围的声波。声音采集装置11关于第一麦克风组MG1的超声波的检测结果及第二麦克风组MG2的可听声的检测结果也作为一次声压信号SP1输出。

声音采集装置11通过这样的结构，能够高精度地检测适合于设备2中有无异常和异常内容的检测的可听声以及适合于异常部位的检测的超声波。

需要说明的是，声音采集装置11中的多个麦克风110的配置没有限定为图4A所示的配置，例如，可以设为图4B所示那样的六方配置。在图4B所示的声音采集装置11中，编号2～7的麦克风110的中心位于一条边的长度为D1的正六边形的各顶点上，编号1的麦克风110的中心位于该正六边形的重心。而且，编号8～19的麦克风110的中心位于包围该正六边形而一条边的长度成为D1的倍数的正六边形的各顶点上及各边的中点上。即，处于最外周的多个麦克风110位于正六边形的边或顶点上。在该情况下，只要通过图4B所示的配置在圆Q2的内侧的编号1～7的各麦克风110构成将各麦克风110彼此的间隔设为适合于超声波的检测的距离的第一麦克风组MG1即可，只要通过配置在圆Q2的外侧的编号8～19的各麦克风110构成将各麦克风110彼此的间隔设为适合于可听声的检测的距离的第二麦克风组MG2即可。

如以上说明所述，本实施方式的声音采集装置11是在对设备2的运转状态进行监视的监视装置1中使用的声音采集装置11，具备将从设备2发出的包含可听声及超声波在内的声波转换成声压信号的多个麦克风110，多个麦克风110包括：第一麦克风组MG1，将各麦克风110彼此的间隔设定为适合于超声波的检测的距离；及第二麦克风组MG2，将各麦克风110彼此的间隔设定为适合于可听声的检测且比第一麦克风组MG1的距离大的距离。通过这样构成，能够在不使声音采集装置11大型化的情况下而通过一个声音采集装置11高精度地检测可听声和超声波的声波。由此，容易将声音采集装置11配置在设备2的壳体内或该设备2的监视对象部位的最近处。

[监视处理的次序]

图5是表示实施方式的监视处理的次序的流程图。当监视装置1的用户使用输入装置16对监视装置1进行监视处理的执行指示时，监视装置1开始监视处理。监视装置1定期地执行以下所示的监视处理直至设备2停止为止或者用户使用输入装置16对监视装置1进行监视处理的停止指示为止。

<声音采集步骤>

当监视处理开始时，执行声音采集步骤S1。声音采集步骤S1在图2所示的设备2动作期间执行。即，在声音采集步骤S1期间，多个对象区域R1、R2分别产生声波SW1，这些声波SW1合成后的合成声波SW2在声音采集装置11中传播(参照图2)。

当声音采集步骤S1开始时，声音采集装置11包含的多个麦克风110将输入的合成声波SW2转换成一次声压信号SP1，向信息处理装置12输出。在此，麦克风110将可听声(即，20Hz以上且小于20kHz)与超声波(即，20kHz以上)的合成声波SW2转换成一次声压信号SP1。按照各麦克风110取得的多个一次声压信号SP1存储于声压信号存储部142。通过以上而声音采集步骤S1结束。

信息处理装置12将在设备2没有异常的运转初期的阶段通过声音采集步骤S1检测到的一次声压信号SP1与其他的一次声压信号SP1区分地取得作为初期一次声压信号SP0。并且，信息处理装置12将初期一次声压信号SP0存储于声压信号存储部142。

<异常检测步骤>

接下来，执行异常检测步骤S2。在异常检测步骤S2中，通过检测部132，使用存储于声压信号存储部142的一次声压信号SP1中的特别是可听声(即，20Hz以上且小于20kHz)的频率域的信号，来检测对象区域R有无异常。

在设备2的对象区域R1、R2中，在轴承21、22的故障、润滑不良、旋转轴23的损伤等典型的异常产生的情况下，从异常产生的对象区域R产生几百kHz左右(即，可听声域)的特征性的声波(以下，称为特征声波SW3)。检测部132根据一次声压信号SP1中的特别是可听声(即，20Hz以上且小于20kHz)的频率域的信号，来检测特征声波SW3的有无。

如图6所示，在设备2中，从产生异常的对象区域R发出的特征声波SW3例如经由旋转轴23也向其他的对象区域R传递，因此有时从没有异常的对象区域R也会发出特征声波SW3。即，基于特征声波SW3，难以检测包含异常部位P的对象区域R。如图6所示，声音采集装置11能够检测来自包含多个对象区域R在内的范围的声波SW1汇集而成的合成声波SW2。因此，无论在哪个对象区域R产生异常而产生特征声波SW3的情况下，声音采集装置11都能够可靠地检测包含声波SW1和特征声波SW3在内的合成声波SW2。

检测部132使用存储于声压信号存储部142的一次声压信号SP1，尝试可听声域的特征声波SW3的检测。并且，检测部132在检测到特征声波SW3的情况下，将“存在异常”的结果向存储装置14输出。而且，检测部132在未检测到特征声波SW3的情况下，将“没有异常”的结果向存储装置14输出。在异常检测步骤S2中，未进行至产生异常的对象区域R的检测为止。产生异常的对象区域R的检测通过之后的异常部位检测步骤S4进行。

检测部132根据一次声压信号SP1中的可听声域的信号来检测从存在异常的设备2发出的典型的声波，由此能够高精度地检测设备2有无异常。在该情况下，检测部132不需要按照多个对象区域R的各对象区域来判定有无异常，因此能够以少的运算量来检测设备2有无异常。

<判定步骤>

接下来，如图5中的符号S3所示，信息处理装置12进行基于检测部132的检测结果的判定。在异常检测步骤S2中，在检测部132输出了“存在异常”的结果的情况下(即，“是”的情况下)，接下来，向异常部位检测步骤S4转移。另一方面，在异常检测步骤S2中，在检测部132输出了“没有异常”的结果的情况下(即，“否”的情况下)，向报知步骤S6转移。

这样，信息处理装置12在异常检测步骤S2中检测到设备2存在异常的情况下，执行异常部位检测步骤S4。通过这样构成，能够减少信息处理装置12的运算量。由此，缩短信息处理装置12的运算时间，能够更实时地判定设备2有无异常。

<异常部位检测步骤>

在异常检测步骤S2中判定为“没有异常”的情况下，接下来，执行异常部位检测步骤S4。当异常部位检测步骤S4开始时，检测部132执行使用存储于声压信号存储部142的二次声压信号SP2来检测包含异常部位P的对象区域R的处理。

如图7A所示，二次声压信号SP2通过对一次声压信号SP1进行波束成形处理而生成。在本实施方式的波束成形处理中，将波束扫描范围设定在关于以声音采集装置11的原点O为基准的角度的合成声波SW2的检测范围内。并且，将该波束扫描范围每0.5～1°左右的波束扫描范围地扫描，对一次声压信号SP1进行处理。具体而言，按照各波束扫描范围算出到达声音采集装置11的声波SW1的各频率下的功率谱密度(以下，记载为PSD(PowerSpectral Density))，生成二次声压信号SP2。在本实施方式中，作为波束成形处理的具体的手法，使用已知的手法(例如，延迟加总波束成形或滤波加总波束成形)。

在声音采集装置11的第一麦克风组MG1中，各麦克风110彼此的间隔成为比超声波的波长的二分之一小的2.3～8.5mm左右。因此，如果使用通过第一麦克风组MG1检测到的一次声压信号SP1中的超声波域的信号，则关于通过各麦克风110检测的信号，能可靠地得到一波长量以上的相位差。并且，如果使用该一次声压信号SP1，则在波束成形处理后的二次声压信号SP2中能得到良好的定位精度。由此，在监视装置1中，能够基于二次声压信号SP2高精度地检测对象区域R。

在本实施方式中，如图7B所示，以声音采集装置11的中心为原点O，将从原点O起的声音采集装置11的正面的方向上的角度规定为0°。并且，将相对于0°的角度的波束的扫描角度称为波束扫描角度，将上述“波束扫描范围”设为波束扫描角度为-35°～+35°的范围。

检测部132特别是使用超声波域(即，20kHz以上)的二次声压信号SP2来检测包含异常部位P的对象区域R。成为设备2的旋转部分(例如，轴承)产生伤痕的原因的该旋转部分的润滑状态的恶化容易作为约30～35kHz的声波出现。因此，超声波域(即，20kHz以上)的声波适合于旋转部分的包含异常部位P的对象区域R的检测。

图8示出关于没有异常的设备2生成的二次声压信号SP2。该二次声压信号SP2能够基于初期一次声压信号SP0生成。以下，将对初期一次声压信号SP0进行波束成形处理而生成的二次声压信号SP2区分地称为初期二次声压信号SP3。

图8示出超声波域的初期二次声压信号SP3，在30kHz、36kHz、42kHz、48kHz的各附近出现不依赖于波束扫描角度的功率谱(以下，记载为PS(Power Spectrum))。这是设备2的固有振动频率的PS。该固有振动频率的PS成为对包含异常部位P的对象区域R进行检测时的噪音。因此，在通过检测部132检测对象区域R时，优选使用避开设备2的固有振动频率的频带的二次声压信号SP2。因此，在本实施方式中，将与图8所示的点线包围的范围对应的从43kHz至47kHz的频带的二次声压信号SP2使用于包含异常部位P的对象区域R的检测。在此，虽然图8未示出，但是通过对图8中由线或点表示的PS的坐标图标注与PS的密度对应的深浅、色彩的变化，而能够在坐标图上表示PSD。

如以上说明那样，本实施方式的信息处理装置12在异常部位检测步骤S4的处理中，基于不包含设备2的固有振动频率在内的频带的二次声压信号SP2来检测设备2的异常部位P。通过这样构成，能够更高精度地检测设备2的异常部位P。

图9关于从适合于包含异常部位P的对象区域R的检测的频带(参照图8)选择的频率(例如，46kHz)的二次声压信号SP2，示出波束扫描角度与PSD的关系。图9示出运转状态正常的设备2的坐标图A和运转状态存在异常的设备2的坐标图B。坐标图A是基于初期二次声压信号SP3的坐标图。

在监视装置1中，基于运转状态没有异常的设备2的初期二次声压信号SP3(即，坐标图A)与存在异常的设备2的二次声压信号SP2(即，坐标图B)之差，来检测异常部位P。在本实施方式中，生成初期二次声压信号SP3(即，坐标图A)与二次声压信号SP2(即，坐标图B)之差(即，坐标图C)，基于该差来检测异常部位P。

如图9所示，通过从存在异常时的数据减去没有异常时的数据，在坐标图C中，由于设备2产生异常而增加的声音显著地出现。具体而言，在坐标图C中，在波束扫描角度为-20°附近出现PSD的峰值。由此，检测部132判定为从声音采集装置11的中心(即，原点O)观察下在XY平面中在-20°的角度的方向存在包含异常部位P的对象区域R。检测部132在初期二次声压信号SP3(即，坐标图A)与二次声压信号SP2(即，坐标图B)之差(即，坐标图C)中存在图10所示那样的多个峰值(例如，第一峰值～第三峰值)的情况下，将差的峰值值最大的部位(即，第一峰值)的角度判定为包含异常部位P的对象区域R存在的角度。

检测部132将从二次声压信号SP2判定的包含异常部位P的对象区域R存在的角度(即，在本实施方式中是指-20°的角度)与映射信息M1比对，检测异常产生的对象区域R。通过以上，异常部位检测步骤S4结束。

这样，在监视装置1中，通过检测部132，从通过声音采集装置11检测到的合成声波SW2中检测各声波SW1的角度作为传播方向，通过将该角度与映射信息M1比对，来检测包含异常部位P的对象区域R。

如以上说明所述，本实施方式的信息处理装置12在声音采集步骤S1中执行取得在运转初期从设备2发出的声波的初期一次声压信号SP0的处理，在执行异常部位检测步骤S4的处理中，基于对初期一次声压信号SP0进行波束成形处理而生成的初期二次声压信号SP3与设备2的运转初期后的二次声压信号SP2之差，来检测设备2的异常部位P。通过这样构成，能够更高精度地检测设备2的异常部位P。

<异常内容检测步骤>

接下来，执行异常内容检测步骤S5。检测部132在判定为任一对象区域R存在异常的情况下，执行检测该异常的内容的处理。在异常内容检测步骤S5中，检测部132使用声压信号存储部142存储的一次声压信号SP1中的特别是可听声(即，20Hz以上且小于20kHz)的频率域的信号，来检测对象区域R产生的异常的内容。

当异常内容检测步骤S5开始时，检测部132取得一次声压信号SP1中的可听声域的信号包含的特征量。例如，将该对象区域R的特征量与规定的数据库存储的多个异常信息进行比较。

在异常内容检测步骤S5中，能够将作为设备2的典型的异常而在异常检测步骤S2中使用的几百Hz左右的可听声域的特征声波SW3利用作为特征量。如果在多个异常信息之中存在与该特征量(即，特征声波SW3)一致的异常信息，则将对象区域R的异常判定为基于该异常信息的异常。在多个异常信息之中不存在与该特征量(即，特征声波SW3)一致的异常信息的情况下，判定为未知的异常。通过以上，异常内容检测步骤S5结束。

如以上说明所述，本实施方式的信息处理装置12在异常检测步骤S2中检测到设备2存在异常的情况下，还能够执行基于一次声压信号SP1中的可听声域的信号来检测设备2的异常内容的异常内容检测步骤S5的处理。这样，通过将进行异常内容的检测的声波设为可听声(即，在本实施方式中为特征声波SW3)，能够基于从存在异常的设备2发出的典型的可听声，高精度地检测设备2的异常内容。

如图5所示，在本实施方式中，例示了在异常部位检测步骤S4之后执行异常内容检测步骤S5的情况，但是异常内容检测步骤S5可以在通过异常检测步骤S2作出了设备2“存在异常”的判定结果之后执行。即，异常内容检测步骤S5可以在异常部位检测步骤S4之前执行，也可以与异常部位检测步骤S4并行地同时执行。

<报知步骤>

在异常检测步骤S2中检测部132输出了“没有异常”的结果的情况下，或者异常内容检测步骤S5结束的情况下，接下来，执行报知步骤S6。当报知步骤S6开始时，信息处理装置12基于声压信号存储部142存储的异常判定结果、存在异常的对象区域R的检测结果及异常内容的检测结果，向显示装置15输出监视信息。在该情况下，优选按照多个对象区域R的每一个来输出监视信息。而且，信息处理装置12可以经由通信装置17向管理装置输出该监视信息。而且，在判定为对象区域R存在异常的情况下，可以从显示装置15的扬声器发出警报音。通过以上，报知步骤S6结束。

[由监视装置进行的对象区域的检测结果]

通过图1所示的监视装置1，进行了检测包含异常部位P的对象区域R的实验。在映射信息M1中，关于位于对象区域R1的轴承21，存储有最大角度θ1＝+31°和最小角度θ2＝+16°。而且，在映射信息M1中，关于位于对象区域R2的轴承22，存储有最大角度θ3＝-31°和最小角度θ4＝-16°(参照图3A及图3B)。

在此，通过以下说明的5个种类的模式进行了实验。

第一模式PT1是滚动体使用了存在异常部位P的轴承22的情况。

第二模式PT2是内圈使用了存在异常部位P的轴承22的情况。

第三模式PT3是滚动体使用了存在异常部位P的轴承21的情况。

第四模式PT4是内圈使用了存在异常部位P的轴承21的情况。

第五模式PT5是内圈使用了存在异常部位P的轴承21且滚动体使用了存在异常部位P的轴承22的情况。

图11A示出上述第一模式PT1和第二模式PT2时的PSD的差的检测结果。在表示第一模式PT1及第二模式PT2的实验结果的各坐标图中，在角度为-22°的附近出现PSD的峰值。该-22°的角度包含于映射信息M1存储的对象区域R2(即，轴承22)的存在范围即-16°～-31°。并且，检测部132基于该检测结果，判定为在轴承22存在的对象区域R2存在异常部位P。

另外，图11B示出上述第三模式PT3和第四模式PT4时的PSD的差的检测结果。在表示第三模式PT3及第四模式PT4的实验结果的各坐标图中，在角度为+22°的附近出现PSD的峰值。该+22°的角度包含于映射信息M1存储的对象区域R1(即，轴承21)的存在范围即+16°～+31°。并且，检测部132基于该检测结果，判定为在轴承21存在的对象区域R1存在异常部位P。

从这些实验结果可确认到根据监视装置1，在对象区域R的任一个产生异常的情况下，能够高精度地检测包含异常部位P的对象区域R的情况。

此外，图11C示出上述第五模式PT5时的PSD的差的检测结果。在表示第五模式PT5的实验结果的坐标图中，在角度为-22°的附近和角度为+22°的附近出现PSD的峰值。+22°的角度包含于映射信息M1存储的轴承21的存在范围即+16°～+31°，-22°的角度包含于轴承22的存在范围即-16°～-31°。并且，监视装置1中，检测部132基于该实验结果，判定为在轴承21存在的对象区域R1和轴承22存在的对象区域R2分别存在异常部位P。

从该实验结果可确认到根据监视装置1，在多个对象区域R同时产生异常部位P的情况下，能够分别检测包含异常部位P的多个对象区域R的情况。

如以上说明所述，本实施方式的监视装置1，对设备2的运转状态进行监视，其中，具备：声音采集装置11，配置有多个麦克风110，麦克风110将从设备2发出的包含可听声和超声波在内的声波转换成一次声压信号SP1；及信息处理装置12，能够执行以下处理，即执行异常检测步骤S2的处理和执行异常部位检测步骤S4的处理，该异常检测步骤S2基于一次声压信号SP1中的可听声域的信号来检测设备2有无异常，该异常部位检测步骤S4对一次声压信号SP1中的超声波域的信号进行波束成形处理而生成二次声压信号SP2，基于二次声压信号SP2来检测设备2的包含异常部位P的对象区域R。

根据这样的监视装置1，通过将进行设备2的包含异常部位P的对象区域R的检测的声波设为超声波，即使不扩宽麦克风110的间隔，也能够高精度地检测包含异常部位P的对象区域R。而且，通过将进行设备2的异常的检测的声波设为可听声，能够基于从存在异常的设备2发出的典型的可听声，高精度地检测设备2的异常。其结果是，能够在不使声音采集装置11大型化的情况下高精度地检测设备的异常。

如以上所述，公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制性的。即，本公开的监视装置并不局限于图示的方式，在本公开的范围内可以为其他的方式。

本申请基于在2020年11月19日提出申请的日本专利申请特愿2020-192520，将其内容作为参照而援引于此。

Claims (9)

1.一种监视装置，构成为对设备的运转状态进行监视，其中，

所述监视装置具备：

声音采集装置，配置有多个麦克风，该多个麦克风将从所述设备发出的包含可听声和超声波在内的声波转换成一次声压信号；及

信息处理装置，构成为执行第一处理和第二处理，该第一处理基于所述一次声压信号中的可听声域的信号来检测所述设备有无异常，该第二处理对所述一次声压信号中的超声波域的信号进行波束成形处理而生成二次声压信号，基于所述二次声压信号来检测所述设备的异常部位。

2.根据权利要求1所述的监视装置，其中，

所述信息处理装置在所述第一处理中检测到所述设备存在异常的情况下，执行所述第二处理。

3.根据权利要求1或2所述的监视装置，其中，

所述信息处理装置构成为，在所述第一处理中检测到所述设备存在异常的情况下，还执行第三处理，该第三处理基于所述一次声压信号中的所述可听声域的信号来检测所述设备的异常内容。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的监视装置，其中，

所述信息处理装置在所述第二处理中，基于不包含所述设备的固有振动频率在内的频带的所述二次声压信号来检测所述设备的异常部位。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的监视装置，其中，

所述信息处理装置执行第四处理，该第四处理取得初期一次声压信号，该初期一次声压信号是在所述设备的运转初期从该设备发出的所述声波的所述一次声压信号，

所述信息处理装置在所述第二处理中，基于初期二次声压信号与在所述设备的运转初期后的该第二处理中生成的所述二次声压信号之差，来检测所述设备的异常部位，所述初期二次声压信号是对所述初期一次声压信号进行波束成形处理而生成的所述二次声压信号。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的监视装置，其中，

所述多个麦克风包括：

第一麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述超声波的距离；及

第二麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述可听声且比所述第一麦克风组的所述距离大的距离。

7.一种声音采集装置，使用于对设备的运转状态进行监视的监视装置，其中，

所述声音采集装置具备多个麦克风，该多个麦克风将从所述设备发出的包含可听声及超声波在内的声波转换成声压信号，

所述多个麦克风包括：

第一麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述超声波的距离；及

第二麦克风组，将所述麦克风彼此的间隔设定为适合于检测所述可听声且比所述第一麦克风组的所述距离大的距离。

8.一种监视方法，通过声音采集装置对设备的运转状态进行监视，该声音采集装置配置有多个麦克风，其中，

所述监视方法包括以下步骤：

通过所述多个麦克风取得从所述设备发出的包含可听声及超声波在内的声波作为一次声压信号；

基于取得的所述一次声压信号中的可听声域的信号，来检测所述设备有无异常；及

在检测到所述设备存在异常的情况下，基于对取得的所述一次声压信号中的超声波域的信号进行波束成形处理而生成的二次声压信号，来检测所述设备的异常部位。

9.根据权利要求8所述的监视方法，其中，

所述监视方法还包括以下步骤：在检测到所述设备存在异常的情况下，基于取得的所述一次声压信号中的所述可听声域的信号，来检测所述设备的异常内容。