JP2010002394A - 微弱信号解析装置、微弱信号解析方法、及び微弱信号解析プログラム - Google Patents
微弱信号解析装置、微弱信号解析方法、及び微弱信号解析プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】入力される微弱信号を2系統に分岐し、第1系統1、3の微弱信号と第2系統2、4の微弱信号のスペクトラム関係を示す相互スペクトラムを求めて平均化処理5した後に、該相互スペクトラムの実数部を前記微弱信号の自己スペクトラムとして抽出6し、該微弱信号のスペクトラム解析を行う。
【選択図】図1
Description
この構成によれば、騒音や振動等の微弱信号の時系列データの自己スペクトラムを計算するとき、その騒音や振動の時系列データを2系統に並列構成された2台のA/D変換器に入力した後、それぞれの系統の高速フーリエ変換器に通過させて周波数ベースのデータに変換し、それぞれの系統の騒音や振動のスペクトラム関係を示す相互スペクトラムを計算してから、その相互スペクトラムを平均化処理している。そして、その相互スペクトラムの実数部を騒音や振動の自己スペクトラムとすることにより、ノイズの影響が小さい高精度な騒音や振動の自己スペクトラムを得ることができる。すなわち、ノイズの位相はランダムであるため、騒音や振動の時系列データと共にA/D変換器で発生したノイズを平均化処理して騒音や振動の相互スペクトラムを計算すれば、位相がランダムなノイズの平均値はゼロに近づくことになり、結果的にノイズの影響を無視することができる。
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、この発明の実施形態である騒音・振動解析装置の構成を示すブロック図である。すなわち、図1の構成は、この発明の微弱信号解析装置を騒音・振動解析装置に適用した例を示している。
x2=x(t)+n2(t)……………………………………………………(2)
x2(i)=Xi(f)+N2i(f)………………………………………(4)
なお、Xi(f)は、A/D変換器1及びA/D変換器2に入力されるフレームiの騒音・振動の時系列データ、N1i(f)はA/D変換器1のフレームiのノイズ、N2i(f)はA/D変換器2のフレームiのノイズである。
MS=1/NΣ{(Xi(f)+N1i(f))(Xi(f)+N2i(f))*}…(5)
なお、相互スペクトラムMSは複素数で表わされるため、*は複素共役を示している。
MS1=1/NΣ{(Xi(f)・Xi(f)*)…………………………………(6)
3、4 高速フーリエ変換器
5 相互スペクトラム計算/平均化処理部
6 自己スペクトラム処理部
7 ソフトウエア処理部
10 騒音・振動解析装置
Claims (11)
- 入力される微弱信号を2系統に分岐し、第1系統の微弱信号と第2系統の微弱信号のスペクトラム関係を示す相互スペクトラムを求めて平均化処理した後に、該相互スペクトラムの実数部を前記微弱信号の自己スペクトラムとして抽出し、該微弱信号のスペクトラム解析を行うことを特徴とする微弱信号解析装置。
- 入力される前記微弱信号の時系列データを個別の系統でアナログ信号をディジタル信号に変換する第1のA/D変換器及び第2のA/D変換器と、
前記第1のA/D変換器及び前記第2のA/D変換器からそれぞれ出力された時系列データのディジタル信号を、それぞれ個別に高速フーリエ変換して周波数ベースのディジタル信号に変換する第1の高速フーリエ変換器及び第2の高速フーリエ変換器と、
前記第1の高速フーリエ変換器及び前記第2の高速フーリエ変換器からそれぞれ出力された周波数ベースのディジタル信号について、相互のスペクトラム関係を示す相互スペクトラムを計算し、該相互スペクトラムを平均化処理する相互スペクトラム計算/平均化処理部と、
前記相互スペクトラム計算/平均化処理部で平均化処理された前記相互スペクトラムの実数部を、前記微弱信号の自己スペクトラムとして抽出する自己スペクトラム処理部と
を備えることを特徴とする微弱信号解析装置。 - 前記相互スペクトラム計算/平均化処理部は、前記相互スペクトラムを平均化処理するとき、前記第1のA/D変換器及び前記第2のA/D変換器で発生したノイズを平均化処理することを特徴とする請求項2記載の微弱信号解析装置。
- 前記第1の高速フーリエ変換器及び前記第2の高速フーリエ変換器は、それぞれ、前記微弱信号をフレームごとに高速フーリエ変換して、時系列データのディジタル信号を周波数ベースのディジタル信号に変換し、
前記相互スペクトラム計算/平均化処理部は、前記フレームごとに前記相互スペクトラムを計算して平均化処理を行う
ことを特徴とする請求項2又は3記載の微弱信号解析装置。 - 前記微弱信号は、騒音又は振動によって発生した信号であることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の微弱信号解析装置。
- 入力される前記微弱信号を2系統に分岐し、第1系統の微弱信号と第2系統の微弱信号のスペクトラム関係を示す相互スペクトラムを求めて平均化処理した後に、該相互スペクトラムの実数部を前記微弱信号の自己スペクトラムとして抽出し、該微弱信号のスペクトラム解析を行うことを特徴とする微弱信号解析方法。
- 入力される前記微弱信号の時系列データを2系統で個別にアナログ信号をディジタル信号に変換する第1のステップと、
前記2系統から個別に出力された時系列データのディジタル信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、前記2系統で個別に周波数ベースのディジタル信号に変換する第2のステップと、
前記2系統からそれぞれ出力された周波数ベースのディジタル信号について、相互のスペクトラム関係を示す相互スペクトラムを計算し、該相互スペクトラムを平均化処理する第3のステップと、
前記第3のステップで平均化処理された前記相互スペクトラムの実数部を、前記微弱信号の自己スペクトラムとして抽出する第4のステップと
を含むことを特徴とする微弱信号解析方法。 - 前記第3のステップにおいて前記相互スペクトラムを平均化処理するとき、前記第1のステップで前記微弱信号の時系列データをアナログ信号をディジタル信号に変換するときに発生したノイズを平均化処理することを特徴とする請求項7記載の微弱信号解析方法。
- 前記第2のステップにおいて、前記微弱信号はフレームごとに高速フーリエ変換されて、時系列データのディジタル信号が周波数ベースのディジタル信号に変換され、
前記第3のステップにおいて、前記相互スペクトラムは前記フレームごとに計算されて平均化処理される
ことを特徴とする請求項7又は8記載の微弱信号解析方法。 - 前記微弱信号は、騒音又は振動によって発生した信号であることを特徴とする請求項6,7,8又は9記載の微弱信号解析方法。
- 請求項6乃至10のうちの何れか一に記載の微弱信号解析方法の各ステップをコンピュータに実行させるための微弱信号解析プログラム。
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