JP2000275098A - 波形信号解析装置 - Google Patents
波形信号解析装置Info
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- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 波形信号の周期性を見出し、当該周期でウェ
ーブレット変換結果を分割し、分割された波形信号のウ
ェーブレット変換結果の時系列的な変動を容易に比較す
ることができる波形信号解析装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の波形信号解析装置は、波形信号
を入力する入力手段１０と、入力手段１０により入力さ
れた波形信号の周期を検出する周期検出手段２０と、周
期検出手段２０で検出した周期によって波形信号を分割
する分割手段３０とを備える。ウェーブレット変換手段
４０は、分割された個々の波形信号をウェーブレット変
換する。表示手段５０は、分割された個々の波形信号の
ウェーブレット変換結果を時系列に連続表示する。
ーブレット変換結果を分割し、分割された波形信号のウ
ェーブレット変換結果の時系列的な変動を容易に比較す
ることができる波形信号解析装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の波形信号解析装置は、波形信号
を入力する入力手段１０と、入力手段１０により入力さ
れた波形信号の周期を検出する周期検出手段２０と、周
期検出手段２０で検出した周期によって波形信号を分割
する分割手段３０とを備える。ウェーブレット変換手段
４０は、分割された個々の波形信号をウェーブレット変
換する。表示手段５０は、分割された個々の波形信号の
ウェーブレット変換結果を時系列に連続表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波形信号にウェー
ブレット変換を施して時間−周波数解析を行う波形信号
解析装置に係り、とりわけ、波形信号の周期性を検出し
て当該周期で波形信号を分割し、分割された波形信号の
ウェーブレット変換結果を容易に比較することができる
波形信号解析装置に関する。
ブレット変換を施して時間−周波数解析を行う波形信号
解析装置に係り、とりわけ、波形信号の周期性を検出し
て当該周期で波形信号を分割し、分割された波形信号の
ウェーブレット変換結果を容易に比較することができる
波形信号解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の有力な波形信号解析装置として、
波形信号にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を施すＦＦＴア
ナライザが知られている。これは、入力波形に含まれる
周波数成分をフーリエスペクトル強度として解析表示す
る装置であり、フーリエスペクトルの分布から、入力波
形に異常な周波数成分が含まれているかどうかをチェッ
クすることができる。
波形信号にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を施すＦＦＴア
ナライザが知られている。これは、入力波形に含まれる
周波数成分をフーリエスペクトル強度として解析表示す
る装置であり、フーリエスペクトルの分布から、入力波
形に異常な周波数成分が含まれているかどうかをチェッ
クすることができる。
【０００３】但し、ＦＦＴは、変換結果に時間（位相）
情報を持たない解析方法であるため、入力波形の解析対
象時間内に含まれる同じ周波数成分毎の合計値の分布を
示すに止まり、各周波数成分の発生時刻情報を得ること
はできない。
情報を持たない解析方法であるため、入力波形の解析対
象時間内に含まれる同じ周波数成分毎の合計値の分布を
示すに止まり、各周波数成分の発生時刻情報を得ること
はできない。
【０００４】従来において、周波数成分の時系列の変化
を知りたい場合には、窓関数を用いた短時間フーリエ変
換によって、解析対象波形を微小時間だけ切り出し各時
刻におけるフーリエスペクトルを時間軸方向に時系列に
並べて表示させることで、時間−周波数解析を実現させ
ている。
を知りたい場合には、窓関数を用いた短時間フーリエ変
換によって、解析対象波形を微小時間だけ切り出し各時
刻におけるフーリエスペクトルを時間軸方向に時系列に
並べて表示させることで、時間−周波数解析を実現させ
ている。
【０００５】また近年、短時間フーリエ変換と同様に、
時間情報と周波数情報の両方を取り扱う事ができる時間
−周波数解析の手法として、ウェーブレット変換が提案
され、普及が進んでいる。
時間情報と周波数情報の両方を取り扱う事ができる時間
−周波数解析の手法として、ウェーブレット変換が提案
され、普及が進んでいる。
【０００６】ウェーブレット変換は、マザーウェーブレ
ットと呼ばれる局在関数のスケールパラメータ（周波
数）とシフトパラメータ（時間）とを独立に変えなが
ら、対象波形との内積をとり、対象波形を時間−周波数
スペクトルに変換する信号処理方法である。
ットと呼ばれる局在関数のスケールパラメータ（周波
数）とシフトパラメータ（時間）とを独立に変えなが
ら、対象波形との内積をとり、対象波形を時間−周波数
スペクトルに変換する信号処理方法である。
【０００７】ウェーブレット変換の利点は、対象波形内
に存在する様々な周波数成分について、その発生時刻と
強度との両方を求めることができることである。
に存在する様々な周波数成分について、その発生時刻と
強度との両方を求めることができることである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ウェーブレット変換の
変換結果の表示方法については、時間−周波数分布を、
例えば時間−周波数平面に強度軸を立てた３次元表示
や、時間−周波数平面上で強度を段階的に色分けした等
高線図状の表示とすることができる。このような表示
は、対象波形の特徴成分の検出、判別のために非常に有
効である。
変換結果の表示方法については、時間−周波数分布を、
例えば時間−周波数平面に強度軸を立てた３次元表示
や、時間−周波数平面上で強度を段階的に色分けした等
高線図状の表示とすることができる。このような表示
は、対象波形の特徴成分の検出、判別のために非常に有
効である。
【０００９】ここで、時間−周波数解析の対象とする入
力波形が、電源波形などの何らかのパイロット信号に同
期した特徴をもつ場合には、この信号の周期で入力波形
を分割してウェーブレット変換することで、パイロット
信号の位相と解析対象波形との相関を明確に調べること
ができる。従って、パイロット信号の周期を一区間（一
単位）の解析時間範囲として選択して時間−周波数解析
をすることが有効である。
力波形が、電源波形などの何らかのパイロット信号に同
期した特徴をもつ場合には、この信号の周期で入力波形
を分割してウェーブレット変換することで、パイロット
信号の位相と解析対象波形との相関を明確に調べること
ができる。従って、パイロット信号の周期を一区間（一
単位）の解析時間範囲として選択して時間−周波数解析
をすることが有効である。
【００１０】そして、解析対象波形内の異常を検出した
い場合は、前記のように連続的に分割した解析対象波形
をそれぞれウェーブレット変換し、そのウェーブレット
変換結果を視覚化して見比べる方法が有効である。視覚
化の具体的な手法としては、変換結果（グラフ）のディ
スプレイ上での並列表記や、印刷物として並べること等
が考えられる。
い場合は、前記のように連続的に分割した解析対象波形
をそれぞれウェーブレット変換し、そのウェーブレット
変換結果を視覚化して見比べる方法が有効である。視覚
化の具体的な手法としては、変換結果（グラフ）のディ
スプレイ上での並列表記や、印刷物として並べること等
が考えられる。
【００１１】しかし、このような視覚化の態様では、ウ
ェーブレット変換結果の特徴ピークの時系列の連続的変
動を捉えることが極めて困難である。また、長時間の時
系列変化を連続的に比較する場合には、連続的に結果を
並べるための極めて広いスペースが必要である。
ェーブレット変換結果の特徴ピークの時系列の連続的変
動を捉えることが極めて困難である。また、長時間の時
系列変化を連続的に比較する場合には、連続的に結果を
並べるための極めて広いスペースが必要である。
【００１２】また、予めパイロット信号の周期が分かっ
ていない場合には、ウェーブレット変換による時間−周
波数解析の対象波形を適切に分割することができず、ウ
ェーブレット変換結果における特徴ピークの時系列の挙
動を調べることが困難である。
ていない場合には、ウェーブレット変換による時間−周
波数解析の対象波形を適切に分割することができず、ウ
ェーブレット変換結果における特徴ピークの時系列の挙
動を調べることが困難である。
【００１３】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、入力波形信号の周期性を見出して当該周
期で波形信号を分割し、分割された波形信号のウェーブ
レット変換結果の時系列的な変動を容易に比較すること
ができる波形信号解析装置を提供することを目的とす
る。
たものであり、入力波形信号の周期性を見出して当該周
期で波形信号を分割し、分割された波形信号のウェーブ
レット変換結果の時系列的な変動を容易に比較すること
ができる波形信号解析装置を提供することを目的とす
る。
【００１４】あるいは本発明は、ウェーブレット変換結
果から波形信号の周期性を見出し、当該周期でウェーブ
レット変換結果を分割して、ウェーブレット変換結果の
時系列的な変動を容易に比較することができる波形信号
解析装置を提供することを目的とする。
果から波形信号の周期性を見出し、当該周期でウェーブ
レット変換結果を分割して、ウェーブレット変換結果の
時系列的な変動を容易に比較することができる波形信号
解析装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、波形信号を入
力する入力手段と、入力手段により入力された波形信号
の周期を検出する周期検出手段と、周期検出手段で検出
した周期に基づいて、波形信号を分割する分割手段と、
分割された個々の波形信号をウェーブレット変換するた
めのウェーブレット変換手段と、分割された個々の波形
信号のウェーブレット変換結果を時系列に連続表示する
表示手段と、を備えたことを特徴とする波形信号解析装
置である。
力する入力手段と、入力手段により入力された波形信号
の周期を検出する周期検出手段と、周期検出手段で検出
した周期に基づいて、波形信号を分割する分割手段と、
分割された個々の波形信号をウェーブレット変換するた
めのウェーブレット変換手段と、分割された個々の波形
信号のウェーブレット変換結果を時系列に連続表示する
表示手段と、を備えたことを特徴とする波形信号解析装
置である。
【００１６】本発明によれば、周期検出手段によって波
形信号の周期が検出され、その周期によって波形信号が
分割されるため、ウェーブレット変換結果における特徴
ピークの時系列な挙動を調べることが容易である。ま
た、本発明によれば、分割された個々の波形信号のウェ
ーブレット変換結果が時系列に連続表示されるため、ウ
ェーブレット変換結果についての比較、検討を容易に行
うことができる。
形信号の周期が検出され、その周期によって波形信号が
分割されるため、ウェーブレット変換結果における特徴
ピークの時系列な挙動を調べることが容易である。ま
た、本発明によれば、分割された個々の波形信号のウェ
ーブレット変換結果が時系列に連続表示されるため、ウ
ェーブレット変換結果についての比較、検討を容易に行
うことができる。
【００１７】また、本発明は、波形信号を入力する入力
手段と、入力手段により入力された波形信号をウェーブ
レット変換するウェーブレット変換手段と、ウェーブレ
ット変換手段による変換結果の周期を検出する周期検出
手段と、周期検出手段で検出した周期に基づいて、変換
結果を分割する分割手段と、分割された変換結果を時系
列に連続表示する表示手段と、を備えたことを特徴とす
る波形信号解析装置である。
手段と、入力手段により入力された波形信号をウェーブ
レット変換するウェーブレット変換手段と、ウェーブレ
ット変換手段による変換結果の周期を検出する周期検出
手段と、周期検出手段で検出した周期に基づいて、変換
結果を分割する分割手段と、分割された変換結果を時系
列に連続表示する表示手段と、を備えたことを特徴とす
る波形信号解析装置である。
【００１８】本発明によれば、周期検出手段によってウ
ェーブレット変換結果の周期が検出され、その周期によ
ってウェーブレット変換結果が分割されるため、ウェー
ブレット変換結果における特徴ピークの時系列な挙動を
調べることが容易である。また、本発明によれば、分割
されたウェーブレット変換結果が時系列に連続表示され
るため、分割された各ウェーブレット変換結果について
の比較、検討を容易に行うことができる。
ェーブレット変換結果の周期が検出され、その周期によ
ってウェーブレット変換結果が分割されるため、ウェー
ブレット変換結果における特徴ピークの時系列な挙動を
調べることが容易である。また、本発明によれば、分割
されたウェーブレット変換結果が時系列に連続表示され
るため、分割された各ウェーブレット変換結果について
の比較、検討を容易に行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態による
波形信号解析装置を示す構成概略図である。図１に示す
ように、本発明の第１の実施の形態の波形信号解析装置
１は、波形信号を入力する入力手段１０と、入力手段１
０により入力された波形信号の周期性を検出する周期検
出手段２０と、周期検出手段２０で検出した周期によっ
て波形信号を分割する分割手段３０とを備えている。
波形信号解析装置を示す構成概略図である。図１に示す
ように、本発明の第１の実施の形態の波形信号解析装置
１は、波形信号を入力する入力手段１０と、入力手段１
０により入力された波形信号の周期性を検出する周期検
出手段２０と、周期検出手段２０で検出した周期によっ
て波形信号を分割する分割手段３０とを備えている。
【００２１】本実施の形態の周期検出手段２０は、入力
手段１０により入力された波形信号にフーリエ変換を施
してフーリエスペクトルを得るフーリエ変換部２１と、
フーリエ変換部２１により得られたフーリエスペクトル
から、その強度の最も大きいピーク間隔を波形信号の周
期として識別する周期識別部２２とを有している。
手段１０により入力された波形信号にフーリエ変換を施
してフーリエスペクトルを得るフーリエ変換部２１と、
フーリエ変換部２１により得られたフーリエスペクトル
から、その強度の最も大きいピーク間隔を波形信号の周
期として識別する周期識別部２２とを有している。
【００２２】また、本実施の形態の分割手段３０は、周
期検出手段２０で検出した周期を整数倍して分割周期と
する周期設定部３１を有している。この「整数倍」のた
めの「整数」は、操作者によって適宜に選択されるよう
になっている。
期検出手段２０で検出した周期を整数倍して分割周期と
する周期設定部３１を有している。この「整数倍」のた
めの「整数」は、操作者によって適宜に選択されるよう
になっている。
【００２３】分割手段３０には、分割された個々の波形
信号をウェーブレット変換するためのウェーブレット変
換手段４０が接続され、ウェーブレット変換手段４０に
は、分割された個々の波形信号のウェーブレット変換結
果を時系列に連続表示する表示手段５０が接続されてい
る。
信号をウェーブレット変換するためのウェーブレット変
換手段４０が接続され、ウェーブレット変換手段４０に
は、分割された個々の波形信号のウェーブレット変換結
果を時系列に連続表示する表示手段５０が接続されてい
る。
【００２４】本実施の形態のウェーブレット変換手段４
０は、マザーウェーブレットの種類を指定するマザーウ
ェーブレット選択部４１と、ウェーブレット変換の対象
とする時間領域を指定するウェーブレット変換範囲指定
部４２と、ウェーブレット変換のスケールパラメータ及
びシフトパラメータを設定する変換パラメータ設定部４
３と、ウェーブレット係数を計算するウェーブレット演
算部４４と、ウェーブレット変換結果を出力する出力部
４５とを有している。
０は、マザーウェーブレットの種類を指定するマザーウ
ェーブレット選択部４１と、ウェーブレット変換の対象
とする時間領域を指定するウェーブレット変換範囲指定
部４２と、ウェーブレット変換のスケールパラメータ及
びシフトパラメータを設定する変換パラメータ設定部４
３と、ウェーブレット係数を計算するウェーブレット演
算部４４と、ウェーブレット変換結果を出力する出力部
４５とを有している。
【００２５】本実施の形態の表示手段５０は、ウェーブ
レット変換結果の強度について、設定数値範囲毎に異な
る色で分けて表示するようになっている。設定数値範囲
は、操作者によって適宜に複数が設定され、結果として
等高線図状の表示が得られるようになっている。
レット変換結果の強度について、設定数値範囲毎に異な
る色で分けて表示するようになっている。設定数値範囲
は、操作者によって適宜に複数が設定され、結果として
等高線図状の表示が得られるようになっている。
【００２６】また、本実施の形態の表示手段５０は、複
数のウェーブレット変換結果を、指定した周波数領域毎
に統合して表示可能となっている。
数のウェーブレット変換結果を、指定した周波数領域毎
に統合して表示可能となっている。
【００２７】また、本実施の形態の表示手段５０は、表
示画面５１と、表示画面中の任意の位置を指定するため
のマーカー操作部５２とを有している。そして、マーカ
ー操作部５２によって表示画面５１中に表示されたウェ
ーブレット変換結果が指定された場合、その指定された
ウェーブレット変換結果についての時刻、周波数及び強
度が表示画面５１中に表示されるようになっている。
示画面５１と、表示画面中の任意の位置を指定するため
のマーカー操作部５２とを有している。そして、マーカ
ー操作部５２によって表示画面５１中に表示されたウェ
ーブレット変換結果が指定された場合、その指定された
ウェーブレット変換結果についての時刻、周波数及び強
度が表示画面５１中に表示されるようになっている。
【００２８】また、本実施の形態の表示手段５０は、時
系列の異なるウェーブレット変換結果の差分、変化率及
び全変換結果の平均を計算する演算部５３を有してい
る。そして、演算部５３による計算結果は、表示画面５
１中に表示されるようになっている。
系列の異なるウェーブレット変換結果の差分、変化率及
び全変換結果の平均を計算する演算部５３を有してい
る。そして、演算部５３による計算結果は、表示画面５
１中に表示されるようになっている。
【００２９】さらに本実施の形態の表示手段５０は、ウ
ェーブレット変換結果の周波数軸での断面である「指定
する周波数におけるピーク強度の時間変化」もしくは、
時間軸での断面である「指定する時刻での各周波数成分
のピーク強度分布」を表示可能となっている。
ェーブレット変換結果の周波数軸での断面である「指定
する周波数におけるピーク強度の時間変化」もしくは、
時間軸での断面である「指定する時刻での各周波数成分
のピーク強度分布」を表示可能となっている。
【００３０】その他、本実施の形態の波形信号解析装置
１は、表示手段５０に、診断手段６０が接続されてい
る。診断手段６０は。診断対象種毎に定められている診
断アルゴリズムが記憶された記憶部６２と、記憶部６２
に記憶された診断アルゴリズムを用いて表示手段５０の
出力状態を判定する状態判定部６１とを有している。状
態判定部６１は、具体的には、例えば解析対象信号の発
信源の異常度等を判定することができる。また、判定結
果についても、記憶部６２に記憶可能である。
１は、表示手段５０に、診断手段６０が接続されてい
る。診断手段６０は。診断対象種毎に定められている診
断アルゴリズムが記憶された記憶部６２と、記憶部６２
に記憶された診断アルゴリズムを用いて表示手段５０の
出力状態を判定する状態判定部６１とを有している。状
態判定部６１は、具体的には、例えば解析対象信号の発
信源の異常度等を判定することができる。また、判定結
果についても、記憶部６２に記憶可能である。
【００３１】次に、このような構成からなる本実施の形
態の波形信号解析装置の作用について、図２を用いて説
明する。図２は、本実施の形態の波形信号解析装置１の
作用の一例を説明する図である。
態の波形信号解析装置の作用について、図２を用いて説
明する。図２は、本実施の形態の波形信号解析装置１の
作用の一例を説明する図である。
【００３２】まず、入力手段１０において、解析対象と
なる波形信号ｆ（ｔ）が入力される。
なる波形信号ｆ（ｔ）が入力される。
【００３３】次に周期検出手段２０において、フーリエ
変換部２１が入力波形信号をフーリエ変換し、周期識別
部２２がフーリエ変換部２１により得られたフーリエス
ペクトルから、その強度の最も大きいピーク間隔を周期
として識別する。図２に示す例では、波形信号ｆ（ｔ）
が電源波形などのパイロット信号と同期する特徴を有し
ており、パイロット信号の周期ｔ1 が波形信号ｆ（ｔ）
の周期として識別される。
変換部２１が入力波形信号をフーリエ変換し、周期識別
部２２がフーリエ変換部２１により得られたフーリエス
ペクトルから、その強度の最も大きいピーク間隔を周期
として識別する。図２に示す例では、波形信号ｆ（ｔ）
が電源波形などのパイロット信号と同期する特徴を有し
ており、パイロット信号の周期ｔ1 が波形信号ｆ（ｔ）
の周期として識別される。
【００３４】次に、分割手段３０の周期設定部３１が、
周期識別部２２によって設定された周期の整数倍で分割
周期を定義する。この「整数倍」のための「整数」は、
操作者によって適宜に選択される。分割周期が定義され
た後、その分割周期によって解析対象波形が分割され
る。図２に示す例では、識別された周期ｔ1 の等倍（１
倍）に分割周期が定義され、波形信号ｆ（ｔ）が周期ｔ
1 毎に分割される。
周期識別部２２によって設定された周期の整数倍で分割
周期を定義する。この「整数倍」のための「整数」は、
操作者によって適宜に選択される。分割周期が定義され
た後、その分割周期によって解析対象波形が分割され
る。図２に示す例では、識別された周期ｔ1 の等倍（１
倍）に分割周期が定義され、波形信号ｆ（ｔ）が周期ｔ
1 毎に分割される。
【００３５】分割された個々の波形信号は、ウェーブレ
ット変換手段４０によって、それぞれウェーブレット変
換が施される。ウェーブレット変換式を以下に示す。
ット変換手段４０によって、それぞれウェーブレット変
換が施される。ウェーブレット変換式を以下に示す。
【００３６】
【数１】 ウェーブレット変換手段４０においては、まずマザーウ
ェーブレット選択部４１が、入力波形の特徴を検出し易
いマザーウェーブレットψ* （（ｔ−ｂ）／ａ）を選択
する。変換範囲指定部４２は、分割された各々の入力波
形を指定する。変換パラメータ設定部４３は、ウェーブ
レット変換のスケールパラメータ及びシフトパラメータ
を適宜に設定する。そして、ウェーブレット演算部４４
が、ウェーブレット係数を計算し、出力部４５からこれ
を表示手段５０に出力する。これにより、それぞれの分
割領域毎の時間−周波数解析が実現される。
ェーブレット選択部４１が、入力波形の特徴を検出し易
いマザーウェーブレットψ* （（ｔ−ｂ）／ａ）を選択
する。変換範囲指定部４２は、分割された各々の入力波
形を指定する。変換パラメータ設定部４３は、ウェーブ
レット変換のスケールパラメータ及びシフトパラメータ
を適宜に設定する。そして、ウェーブレット演算部４４
が、ウェーブレット係数を計算し、出力部４５からこれ
を表示手段５０に出力する。これにより、それぞれの分
割領域毎の時間−周波数解析が実現される。
【００３７】出力部４５から出力される各ウェーブレッ
ト変換結果、すなわち、それぞれの分割領域毎の時間−
周波数解析結果は、図２に示すように、表示手段５０に
よって時系列に連続に動画表示される。
ト変換結果、すなわち、それぞれの分割領域毎の時間−
周波数解析結果は、図２に示すように、表示手段５０に
よって時系列に連続に動画表示される。
【００３８】本実施の形態の表示手段５０は、図２に示
すように、３次元情報である時間−周波数解析結果を、
時間−周波数２次元平面において、強度について設定数
値範囲毎に異なる色で分けて等高線図状に表示する。
すように、３次元情報である時間−周波数解析結果を、
時間−周波数２次元平面において、強度について設定数
値範囲毎に異なる色で分けて等高線図状に表示する。
【００３９】ここで、本実施の形態による表示手段５０
の各種の機能について、図３乃至図６を用いて説明す
る。
の各種の機能について、図３乃至図６を用いて説明す
る。
【００４０】本実施の形態の表示手段５０は、図３に示
すように、複数のウェーブレット変換結果を、指定した
周波数領域毎に統合して表示することが可能である（複
数変換結果統合表示機能）。この複数変換結果統合表示
機能は、同時に測定した複数の入力波形信号をすべて等
しい周期で分割して、それぞれのウェーブレット変換結
果を統合して表示する場合に有効である。
すように、複数のウェーブレット変換結果を、指定した
周波数領域毎に統合して表示することが可能である（複
数変換結果統合表示機能）。この複数変換結果統合表示
機能は、同時に測定した複数の入力波形信号をすべて等
しい周期で分割して、それぞれのウェーブレット変換結
果を統合して表示する場合に有効である。
【００４１】図３を用いて、複数変換結果統合表示機能
を具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、例えば
ある対象物にセンサ１〜４が取り付けられ、その対象物
が発生する波形信号が各センサ１〜４で同時に測定され
ると、図３（ｂ）に示すように、それぞれのセンサ信号
のウェーブレット変換結果が各々別個に演算される。
を具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、例えば
ある対象物にセンサ１〜４が取り付けられ、その対象物
が発生する波形信号が各センサ１〜４で同時に測定され
ると、図３（ｂ）に示すように、それぞれのセンサ信号
のウェーブレット変換結果が各々別個に演算される。
【００４２】表示手段５０は、例えばセンサ１〜４の時
刻０〜ｔ及び時刻ｔ〜２ｔにおけるウェーブレット変換
結果を、２００Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数領域と４００
Ｈｚ〜８００Ｈｚの周波数領域とに分け、図３（ｃ）に
示すように、それぞれを統合して表示する。この場合、
２００Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数領域では特徴的な等高
線表示が得られ、４００Ｈｚ〜８００Ｈｚの周波数領域
では何のピークも見られない。また、時刻０〜ｔの結果
と時刻ｔ〜２ｔの結果は連続動画表示されるが、２００
Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数領域についての等高線図表示
はその表示位置が変化する一方、４００Ｈｚ〜８００Ｈ
ｚの周波数領域について何の変化も現れない。
刻０〜ｔ及び時刻ｔ〜２ｔにおけるウェーブレット変換
結果を、２００Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数領域と４００
Ｈｚ〜８００Ｈｚの周波数領域とに分け、図３（ｃ）に
示すように、それぞれを統合して表示する。この場合、
２００Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数領域では特徴的な等高
線表示が得られ、４００Ｈｚ〜８００Ｈｚの周波数領域
では何のピークも見られない。また、時刻０〜ｔの結果
と時刻ｔ〜２ｔの結果は連続動画表示されるが、２００
Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数領域についての等高線図表示
はその表示位置が変化する一方、４００Ｈｚ〜８００Ｈ
ｚの周波数領域について何の変化も現れない。
【００４３】このように、複数信号のウェーブレット変
換結果を統合表示することにより、複数信号の表示情報
をあたかも一つの表示情報として認識し、対象毎の状態
比較や特徴抽出をより容易に行うことが可能となる。ま
た、対象物について空間的な情報をとらえることができ
たり、不必要な情報の効率的な省略化なども可能とな
る。さらには、複数の入力波形信号の時間−周波数分布
の相対的変動を調べることもでき、入力波形間の相関も
分かる。
換結果を統合表示することにより、複数信号の表示情報
をあたかも一つの表示情報として認識し、対象毎の状態
比較や特徴抽出をより容易に行うことが可能となる。ま
た、対象物について空間的な情報をとらえることができ
たり、不必要な情報の効率的な省略化なども可能とな
る。さらには、複数の入力波形信号の時間−周波数分布
の相対的変動を調べることもでき、入力波形間の相関も
分かる。
【００４４】また本実施の形態の表示手段５０は、図４
に示すように、マーカー操作部５２によって表示画面５
１中に表示されたウェーブレット変換結果が指定された
場合、そのウェーブレット変換結果の時刻、周波数及び
強度を表示画面５１中に表示することができる（マーカ
ー機能）。
に示すように、マーカー操作部５２によって表示画面５
１中に表示されたウェーブレット変換結果が指定された
場合、そのウェーブレット変換結果の時刻、周波数及び
強度を表示画面５１中に表示することができる（マーカ
ー機能）。
【００４５】このマーカー機能は、表示画面５１中のウ
ェーブレット変換結果やその他の数値情報を速やかに表
示させる機能である。図４に示す例では、数値情報を知
りたい表示画面５１中の点をマーカー操作部５２の操作
により矢印形のポインタによってマークすると、矢印形
のポインタが示す位置に表示されている情報についての
詳細（座標や強度など）が速やかに表示画面５１中に表
示される。
ェーブレット変換結果やその他の数値情報を速やかに表
示させる機能である。図４に示す例では、数値情報を知
りたい表示画面５１中の点をマーカー操作部５２の操作
により矢印形のポインタによってマークすると、矢印形
のポインタが示す位置に表示されている情報についての
詳細（座標や強度など）が速やかに表示画面５１中に表
示される。
【００４６】このマーカー機能により、ウェーブレット
変換で求めた時間−周波数分布の各ピークの数値情報、
例えばピーク間の時間差（位相差）や強度差などを容易
に得ることができる。
変換で求めた時間−周波数分布の各ピークの数値情報、
例えばピーク間の時間差（位相差）や強度差などを容易
に得ることができる。
【００４７】さらに表示手段５０は、図５に示すよう
に、時系列のウェーブレット変換結果の差分、変化率、
さらには全変換結果の平均等を演算部５３により計算し
て、表示画面５１中に表示させることができる（演算機
能）。
に、時系列のウェーブレット変換結果の差分、変化率、
さらには全変換結果の平均等を演算部５３により計算し
て、表示画面５１中に表示させることができる（演算機
能）。
【００４８】この演算機能は、ウェーブレット変換結果
の異なる２画像間の差分や変化率、各ウェーブレット変
換結果の絶対値、全変換結果の平均などを計算して表示
する機能である。図５に示す例では、２つの時間−周波
数分布画像のピーク強度の差をとって差分を表示した
り、２つの画像の差分を時系列的に早い画像の強度で割
ることで変化率を演算、表示している。
の異なる２画像間の差分や変化率、各ウェーブレット変
換結果の絶対値、全変換結果の平均などを計算して表示
する機能である。図５に示す例では、２つの時間−周波
数分布画像のピーク強度の差をとって差分を表示した
り、２つの画像の差分を時系列的に早い画像の強度で割
ることで変化率を演算、表示している。
【００４９】この演算機能により、ウェーブレット変換
結果の時間変化分等の特徴等を抽出して表示することが
できるので、時間−周波数分布の傾向解析がより容易に
なる。
結果の時間変化分等の特徴等を抽出して表示することが
できるので、時間−周波数分布の傾向解析がより容易に
なる。
【００５０】また表示手段５０は、図６に示すように、
ウェーブレット変換結果の周波数軸での断面である「指
定する周波数におけるピーク強度の時間変化」もしく
は、時間軸での断面である「指定する時刻での各周波数
成分のピーク強度分布」を表示することも可能である
（断面表示機能）。
ウェーブレット変換結果の周波数軸での断面である「指
定する周波数におけるピーク強度の時間変化」もしく
は、時間軸での断面である「指定する時刻での各周波数
成分のピーク強度分布」を表示することも可能である
（断面表示機能）。
【００５１】この断面表示機能は、ウェーブレット変換
結果の周波数軸での断面や時間軸での断面を表示する機
能である。図６に示す例では、「指定周波数νＨｚ成分
強度の時間変化」や「指定時刻ｔ1 ｓｅｃ（位相θｒａ
ｄ）における周波数成分のピーク強度分布」を表示して
いる。
結果の周波数軸での断面や時間軸での断面を表示する機
能である。図６に示す例では、「指定周波数νＨｚ成分
強度の時間変化」や「指定時刻ｔ1 ｓｅｃ（位相θｒａ
ｄ）における周波数成分のピーク強度分布」を表示して
いる。
【００５２】この断面表示機能も、時間−周波数分布の
傾向解析にとって効果的である。
傾向解析にとって効果的である。
【００５３】表示手段５０に表示された解析結果に基づ
いて、診断手段６０が波形信号の発信源の異常等を判定
する。具体的には、記憶部６２に記憶された診断対象種
毎に定められている診断アルゴリズムを用いて、状態判
定部６１が表示手段５０に出力された解析結果を判定す
る。判定結果は、記憶部６２に記憶される。
いて、診断手段６０が波形信号の発信源の異常等を判定
する。具体的には、記憶部６２に記憶された診断対象種
毎に定められている診断アルゴリズムを用いて、状態判
定部６１が表示手段５０に出力された解析結果を判定す
る。判定結果は、記憶部６２に記憶される。
【００５４】以上のように本実施の形態によれば、周期
検出手段２０によって波形信号の周期が検出され、その
周期によって波形信号ｆ（ｔ）が分割されるため、ウェ
ーブレット変換結果における特徴ピークの時系列な挙動
を調べることが容易である。
検出手段２０によって波形信号の周期が検出され、その
周期によって波形信号ｆ（ｔ）が分割されるため、ウェ
ーブレット変換結果における特徴ピークの時系列な挙動
を調べることが容易である。
【００５５】また、本実施の形態によれば、分割された
個々の波形信号のウェーブレット変換結果が表示手段５
０によって時系列に連続表示されるため、ウェーブレッ
ト変換結果についての比較、検討を容易に行うことがで
きる。
個々の波形信号のウェーブレット変換結果が表示手段５
０によって時系列に連続表示されるため、ウェーブレッ
ト変換結果についての比較、検討を容易に行うことがで
きる。
【００５６】また本実施の形態によれば、周期設定部３
１によって、一度に表示する時間領域を周期性を保ちな
がら拡大できるので、解析時間周波数分布の時系列変化
を大まかに解析することも可能である。
１によって、一度に表示する時間領域を周期性を保ちな
がら拡大できるので、解析時間周波数分布の時系列変化
を大まかに解析することも可能である。
【００５７】また本実施の形態によれば、マザーウェー
ブレット変換手段４０によって、解析対象波形の時間−
周波数解析にもっとも有効なマザーウェーブレット関数
を選択することができるので、時間−周波数分布内の特
徴成分の抽出感度を上げることができる。また、変換時
間範囲とスケールパラメータ及びシフトパラメータを自
由に変えられるので、ウェーブレット係数の演算におけ
る計算量の効率化を図ることができる。
ブレット変換手段４０によって、解析対象波形の時間−
周波数解析にもっとも有効なマザーウェーブレット関数
を選択することができるので、時間−周波数分布内の特
徴成分の抽出感度を上げることができる。また、変換時
間範囲とスケールパラメータ及びシフトパラメータを自
由に変えられるので、ウェーブレット係数の演算におけ
る計算量の効率化を図ることができる。
【００５８】また本実施の形態の表示手段５０には、前
述のような種々の便利な機能が付加されており、ウェー
ブレット変換結果のピークの特徴抽出や傾向解析を容易
に行うことができ、解析波形に含まれる異常などを判断
しやすい表示が実現できる。
述のような種々の便利な機能が付加されており、ウェー
ブレット変換結果のピークの特徴抽出や傾向解析を容易
に行うことができ、解析波形に含まれる異常などを判断
しやすい表示が実現できる。
【００５９】また本実施の形態の波形信号解析装置１
は、診断装置６０により、波形信号の状態の正常あるい
は異常の判定、異常モードの特定、異常の度合い判定な
どが可能である。また、必要なデータベースを記憶部６
２内に取り揃えることにより、波形信号による異常診断
対象を拡張することができる。
は、診断装置６０により、波形信号の状態の正常あるい
は異常の判定、異常モードの特定、異常の度合い判定な
どが可能である。また、必要なデータベースを記憶部６
２内に取り揃えることにより、波形信号による異常診断
対象を拡張することができる。
【００６０】なお、周期検出手段２０は、フーリエ変換
部２１を有する代わりに、入力波形信号のピーク値を検
出する等の機能を有していてもよい。この場合、ピーク
値の間隔から、ウェーブレット変換結果を動画表示する
のに最適な分割周期を設定することができる。
部２１を有する代わりに、入力波形信号のピーク値を検
出する等の機能を有していてもよい。この場合、ピーク
値の間隔から、ウェーブレット変換結果を動画表示する
のに最適な分割周期を設定することができる。
【００６１】次に、本発明の第２の実施の形態の波形信
号解析装置について図７を用いて説明する。図７は、第
２の実施の形態の波形信号解析装置の概略構成図であ
る。
号解析装置について図７を用いて説明する。図７は、第
２の実施の形態の波形信号解析装置の概略構成図であ
る。
【００６２】図７に示すように、本実施の形態の波形信
号解析装置１’は、ウェーブレット変換手段４０’が直
接入力手段１０に接続され、入力手段１０により入力さ
れた波形信号をそのままウェーブレット変換するように
なっており、周期検出手段２０’は、入力波形信号では
なくウェーブレット変換手段４０’による変換結果の周
期性を検出するようになっており、分割手段３０’は、
周期検出手段２０’で検出した周期によって、入力波形
信号ではなく変換結果を分割するようになっている。
号解析装置１’は、ウェーブレット変換手段４０’が直
接入力手段１０に接続され、入力手段１０により入力さ
れた波形信号をそのままウェーブレット変換するように
なっており、周期検出手段２０’は、入力波形信号では
なくウェーブレット変換手段４０’による変換結果の周
期性を検出するようになっており、分割手段３０’は、
周期検出手段２０’で検出した周期によって、入力波形
信号ではなく変換結果を分割するようになっている。
【００６３】その他の構成は、図１に示す第１の実施の
形態と同様の構成である。第２の実施の形態において、
図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。
形態と同様の構成である。第２の実施の形態において、
図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】周期検出手段２０’は、例えば、ウェーブ
レット変換結果にフーリエ変換を施してフーリエスペク
トルを得るフーリエ変換部２１’と、フーリエ変換部２
１’により求められたフーリエスペクトルから、その強
度の最も大きいピーク間隔を分割周期として識別する周
期識別部２２’とを有する。具体的には、図８に示すよ
うに、フーリエ変換部２１’がウェーブレット変換結果
に基づいて特徴的な指定周波数νＨｚ（例えば、ピーク
が多く出現していると思われる周波数）を指定し、その
時間変化に対してフーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、その
結果から周期識別部２２’が分割周期を識別する。
レット変換結果にフーリエ変換を施してフーリエスペク
トルを得るフーリエ変換部２１’と、フーリエ変換部２
１’により求められたフーリエスペクトルから、その強
度の最も大きいピーク間隔を分割周期として識別する周
期識別部２２’とを有する。具体的には、図８に示すよ
うに、フーリエ変換部２１’がウェーブレット変換結果
に基づいて特徴的な指定周波数νＨｚ（例えば、ピーク
が多く出現していると思われる周波数）を指定し、その
時間変化に対してフーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、その
結果から周期識別部２２’が分割周期を識別する。
【００６５】あるいは周期検出手段２０’は、ウェーブ
レット変換結果において、図９に示すように、指定した
時間−周波数領域、例えばピーク強度が指定したしきい
値を超える時間周波数領域（危険領域）内の最大値ｔb
や最小値、重心ｔc 、指定領域開始時刻ｔa または指定
領域終了時刻ｔd を検出し、これから分割周期を求めて
も良い。この場合、分割周期は不定周期となる場合があ
る。
レット変換結果において、図９に示すように、指定した
時間−周波数領域、例えばピーク強度が指定したしきい
値を超える時間周波数領域（危険領域）内の最大値ｔb
や最小値、重心ｔc 、指定領域開始時刻ｔa または指定
領域終了時刻ｔd を検出し、これから分割周期を求めて
も良い。この場合、分割周期は不定周期となる場合があ
る。
【００６６】本実施の形態によれば、周期検出手段２
０’によってウェーブレット変換結果の周期が検出さ
れ、その周期によってウェーブレット変換結果が分割さ
れるため、ウェーブレット変換結果における特徴ピーク
の時系列な挙動を調べることが容易である。
０’によってウェーブレット変換結果の周期が検出さ
れ、その周期によってウェーブレット変換結果が分割さ
れるため、ウェーブレット変換結果における特徴ピーク
の時系列な挙動を調べることが容易である。
【００６７】また、本実施の形態によれば、分割された
ウェーブレット変換結果が時系列に連続表示されるた
め、ウェーブレット変換結果についての検討を容易に行
うことができる。
ウェーブレット変換結果が時系列に連続表示されるた
め、ウェーブレット変換結果についての検討を容易に行
うことができる。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、周期検出手段によって
波形信号の周期性が検出され、その周期によって波形信
号が分割されるため、ウェーブレット変換結果における
特徴ピークの時系列な挙動を調べることが容易である。
また、本発明によれば、分割された個々の波形信号のウ
ェーブレット変換結果が時系列に連続表示されるため、
ウェーブレット変換結果についての検討を容易に行うこ
とができる。
波形信号の周期性が検出され、その周期によって波形信
号が分割されるため、ウェーブレット変換結果における
特徴ピークの時系列な挙動を調べることが容易である。
また、本発明によれば、分割された個々の波形信号のウ
ェーブレット変換結果が時系列に連続表示されるため、
ウェーブレット変換結果についての検討を容易に行うこ
とができる。
【００６９】あるいは本発明によれば、周期検出手段に
よってウェーブレット変換結果の周期性が検出され、そ
の周期によってウェーブレット変換結果が分割されるた
め、ウェーブレット変換結果における特徴ピークの時系
列な挙動を調べることが容易である。また、本発明によ
れば、分割されたウェーブレット変換結果が時系列に連
続表示されるため、ウェーブレット変換結果についての
検討を容易に行うことができる。
よってウェーブレット変換結果の周期性が検出され、そ
の周期によってウェーブレット変換結果が分割されるた
め、ウェーブレット変換結果における特徴ピークの時系
列な挙動を調べることが容易である。また、本発明によ
れば、分割されたウェーブレット変換結果が時系列に連
続表示されるため、ウェーブレット変換結果についての
検討を容易に行うことができる。
【図１】本発明による波形信号解析装置の第１の実施の
形態を示す構成概略図。
形態を示す構成概略図。
【図２】図１の波形信号解析装置の作用を説明する図。
【図３】図１の表示手段の複数変換結果統合表示機能を
説明する図。
説明する図。
【図４】図１の表示手段のマーカー機能を説明する図。
【図５】図１の表示手段の演算機能を説明する図。
【図６】図１の表示手段の断面表示機能を説明する図。
【図７】本発明による波形信号解析装置の第２の実施の
形態を示す構成概略図。
形態を示す構成概略図。
【図８】図７の周期検出手段の一例の作用を説明する
図。
図。
【図９】図７の周期検出手段の他の例の作用を説明する
図。
図。
１、１’ 波形信号解析装置 １０ 入力手段 ２０、２０’ 周期検出手段 ２１、２１’ フーリエ変換部 ２２、２２’ 周期識別部 ３０、３０’ 分割手段 ３１、３１’ 周期設定部 ４０、４０’ ウェーブレット変換手段 ４１ マザーウェーブレット選択部 ４２ 変換範囲指定部 ４３ 変換パラメータ設定部 ４４ ウェーブレット演算部 ４５ 出力部 ５０ 表示手段 ５１ 表示画面 ５２ マーカー操作部 ５３ 演算部 ６０ 診断手段 ６１ 状態判定部 ６２ 記憶部
Claims (12)
- 【請求項１】波形信号を入力する入力手段と、 入力手段により入力された波形信号の周期を検出する周
期検出手段と、 周期検出手段で検出した周期に基づいて、波形信号を分
割する分割手段と、 分割された個々の波形信号をウェーブレット変換するた
めのウェーブレット変換手段と、 分割された個々の波形信号のウェーブレット変換結果を
時系列に連続表示する表示手段と、を備えたことを特徴
とする波形信号解析装置。 - 【請求項２】ウェーブレット変換手段は、 マザーウェーブレットの種類を指定するマザーウェーブ
レット選択部と、 ウェーブレット変換の対象とする時間領域を指定する変
換範囲指定部と、 ウェーブレット変換のスケールパラメータ及びシフトパ
ラメータを設定する変換パラメータ設定部と、 ウェーブレット係数を計算するウェーブレット演算部
と、 ウェーブレット変換結果を出力する出力部と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の波形信号解析装置。 - 【請求項３】周期検出手段は、 入力手段により入力された波形信号にフーリエ変換を施
してフーリエスペクトルを得るフーリエ変換部と、 フーリエ変換部により得られたフーリエスペクトルから
波形信号の周期を識別する周期識別部と、を有すること
を特徴とする請求項１または２に記載の波形信号解析装
置。 - 【請求項４】分割手段は、周期検出手段で検出した周期
の整数倍に分割周期を設定する周期設定部を有すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波形信
号解析装置。 - 【請求項５】表示手段は、ウェーブレット変換結果の強
度について、設定数値範囲毎に異なる色で分けて表示す
るようになっていることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載の波形信号解析装置。 - 【請求項６】表示手段は、複数のウェーブレット変換結
果を指定した周波数領域毎に統合して表示可能となって
いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
の波形信号解析装置。 - 【請求項７】表示手段は、表示画面と、表示画面中の任
意の位置を指定するためのマーカー操作部とを有し、 マーカー操作部によって表示画面中のウェーブレット変
換結果が指定された場合に、そのウェーブレット変換結
果の時刻、周波数及び強度を表示画面中に表示するよう
になっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
かに記載の波形信号解析装置。 - 【請求項８】表示手段は、異なるウェーブレット変換結
果の差分、変化率及び全変換結果の平均を計算する演算
部を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいず
れかに記載の波形信号解析装置。 - 【請求項９】表示手段は、 ウェーブレット変換結果の周波数軸での断面である、指
定する周波数におけるピーク強度の時間変化、もしく
は、 時間軸での断面である、指定する時刻での各周波数成分
のピーク強度分布を表示可能となっていることを特徴と
する請求項１乃至８のいずれかに記載の波形信号解析装
置。 - 【請求項１０】波形信号を入力する入力手段と、 入力手段により入力された波形信号をウェーブレット変
換するウェーブレット変換手段と、 ウェーブレット変換手段による変換結果の周期を検出す
る周期検出手段と、 周期検出手段で検出した周期に基づいて、変換結果を分
割する分割手段と、 分割された変換結果を時系列に連続表示する表示手段
と、を備えたことを特徴とする波形信号解析装置。 - 【請求項１１】周期検出手段は、 ウェーブレット変換結果にフーリエ変換を施してフーリ
エスペクトルを得るフーリエ変換部と、 フーリエ変換部により得られたフーリエスペクトルから
ウェーブレット変換結果の周期を識別する周期識別部
と、を有することを特徴とする請求項１０に記載の波形
信号解析装置。 - 【請求項１２】周期検出手段は、 ウェーブレット変換結果において、指定した時間周波数
領域内の最大値や最小値、重心、指定領域開始時刻また
は指定領域終了時刻を検出するようになっていることを
特徴とする請求項１０に記載の波形信号解析装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08478199A JP3730435B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 波形信号解析装置 |
| US09/533,937 US6542836B1 (en) | 1999-03-26 | 2000-03-23 | Waveform signal analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08478199A JP3730435B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 波形信号解析装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000275098A true JP2000275098A (ja) | 2000-10-06 |
| JP2000275098A5 JP2000275098A5 (ja) | 2005-05-26 |
| JP3730435B2 JP3730435B2 (ja) | 2006-01-05 |
Family
ID=13840247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08478199A Expired - Lifetime JP3730435B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 波形信号解析装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6542836B1 (ja) |
| JP (1) | JP3730435B2 (ja) |
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| CN112859011A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-28 | 武汉大学 | 一种单波长机载测深雷达波形信号提取方法 |
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