JP2021076382A - 音波センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境ノイズを除去した超音波帯域検出信号を得ることができ、記録するデータ量の削減を図ることができる音波センサ装置を提供する。【解決手段】音波センサ１が検出した音波信号からフィルタ部により分離された可聴帯域検出信号の中に環境ノイズが含まれるか否かを判定し、環境ノイズを含まない場合のみ音波信号からフィルタ部により分離された超音波帯域検出信号を記憶する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波帯域の音波信号を検出する音波センサ装置に関し、特に環境ノイズを取り除くことができる音波センサ装置に関する。

電子部品等を製造する工場には多くの機械装置が設置されている。これらの機械装置が故障し突然停止することを防ぐため、停止に至る前に異常状態であること検知してメンテナンスできるのが望ましい。例えば、モーター等の回転機構に異常が生じた場合には３０ｋＨｚ前後の周波数帯域の音波が発生し、エアーリークが生じた場合には４０ｋＨｚ前後の音波が発生することが知られている。

そこで、機械装置から放出される超音波帯域の音波を監視し、異常状態に達したことを検知する装置が用いられている（例えば特許文献１）。

特開平５−２０９７８２号公報

ところでこの種の装置が設置される場所では、本来検出すべき測定対象から放射される超音波帯域の音波の他に、不要な雑音（環境ノイズ）が存在する。一例としては、金属がつぶれる音、粘着テープをはがす音、ヒトの声等が、可聴帯域の周波数帯域から４０ｋＨｚ前後の超音波帯域の周波数を有する環境ノイズとなる。このような環境ノイズは、本来検出したい超音波帯域の音波信号と周波数帯に差がなく、環境ノイズのみを選択的に除去することは非常に難しいものであった。

また、機械装置等の監視を行う際には、経時的変化を確認するため超音波帯域を含む音波信号を長期間記録しておく必要があり、膨大なデータ量の記録が必要だった。

本発明はこのような実情に鑑み、環境ノイズを除去した超音波帯域検出信号を得ることができ、記録するデータ量の削減を図ることができる音波センサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、測定対象から放射される音波を検出する音波センサ装置において、可聴帯域から超音波帯域の周波数帯域の音波を検出可能な音波センサと、前記音波センサから出力される音波信号から、可聴帯域検出信号を取り出す第１のフィルタ部と、前記音波センサから出力される音波信号から、超音波帯域検出信号を取り出す第２のフィルタ部と、既知の環境ノイズに含まれる可聴帯域ノイズ信号あるいは既知の環境ノイズ信号と、前記可聴帯域検出信号とを比較し、前記可聴帯域検出信号が環境ノイズを含むか否かを判定する判定部と、前記可聴帯域検出信号が環境ノイズを含むと判定されたとき該可聴帯域検出信号を含む前記音波信号から取り出された前記超音波帯域検出信号を除外し、前記可聴帯域検出信号が環境ノイズを含まないと判定されたとき該可聴帯域信号を含む前記音波信号から取り出された前記超音波帯域検出信号を除外せず、検出信号として記録する記録部と、を備えていることを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、請求項1記載の音波センサ装置において、前記判定部は、前記可聴帯域検出信号の前記判定を所定の期間行った後、所定の期間前記判定を停止する動作を繰り返すことと、
前記記録部は、前記判定部が前記判定を停止しているとき前記検出信号の記録を停止することを特徴とする。

本願請求項３に係る発明は、請求項１記載の音波センサ装置において、前記記録部は、前記検出信号を所定の期間記録した後、所定の期間前記記録を停止する動作を繰り返すことを特徴とする。

本発明の音波センサ装置は、測定対象から得られた音波信号を可聴帯域と超音波帯域の検出信号に分け、可聴帯域の検出信号に環境ノイズが含まれると判定された場合にはその超音波帯域の信号を除いた信号を検出信号として記録する構成とすることで、環境ノイズを含まない検出信号を記録することができる。またこの環境ノイズを含む信号を記録しない構成とすることで、記録するデータ量を削減することが可能となる。

さらにこの種の装置では、検出信号の経時的変化を確認する構成となっているため、環境ノイズを含むか否かを判定する際、間欠的に判定を行うように構成し、判定を行わないときの超音波帯域の検出信号も記録しない構成とすることで、さらに記録するデータ量の削減を図ることができる。同様に環境ノイズを含むか否かを判定する際、連続的に判定を行うように構成した場合でも、超音波帯域の検出信号を間欠的に記録する構成とすることで、記録するデータ量を削減することができる。

この種の音波センサ装置を故障予知のための装置として使用する場合、故障を示す超音波帯域の音波は継続的に放出され続けるため、超音波帯域検出信号を間欠的に記録する構成としても確実に故障を予知することができる。

本発明の音波センサ装置の説明図である。 本発明の第１の実施例の音波センサ装置の超音波帯域検出信号の記録方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例の音波センサ装置の超音波帯域検出信号の記録方法を説明する図である。 本発明の第３の実施例の音波センサ装置の超音波帯域検出信号の記録方法を説明する図である。

本発明に係る音波センサ装置は、測定対象から放出される音波を音波センサで検出し、所望の信号処理を行うことで環境ノイズを除去するとともに、記録するデータ量を削減できるように構成している。以下本発明の実施例について詳細に説明する。

本発明の第１の実施例について、環境ノイズが発生している電子部品等を製造する工場内に配置されている機械装置等の故障予知を行うための音波センサ装置を例にとり説明する。この種の工場内では、機械装置等の測定対象から常時音波が放射されている。同時に音波センサ１が配置されている周囲では、環境ノイズが発生している。このような環境下で、例えば可聴帯域から超音波帯域の周波数帯域に感度を有するＭＥＭＳトランスデューサ等からなる音波センサ１を配置する。

音波センサ１は、図１に示すように測定対象から放射される音波を検出し、音波信号Ｓ１を出力する。この環境ノイズが重畳された音波信号Ｓ１をフィルタ部により可聴帯域と超音波帯域の検出信号に分離する。例えば一例として、１０ｋＨｚ以下の周波数帯域の音波信号を通過させるローパスフィルタからなる第１のフィルタ部２を通過する可聴帯域検出信号Ｓ２と、１０ｋＨｚ以上の周波数帯域の音波信号を通過させるハイパスフィルタからなる第２のフィルタ部３を通過する超音波帯域検出信号Ｓ３に分離する。

第１のフィルタ部２を通過した可聴帯域検出信号Ｓ２は判定部４に入力する。また判定部４には、既知の環境ノイズＳ４が入力する。環境ノイズＳ４は判定部内に予め保存しておくことも可能である。この環境ノイズは、可聴帯域のみのノイズ信号であってもよいし、可聴帯域と超音波帯域を含むノイズ信号であってもよい。環境ノイズとしては、例えばヒトの声など、音波センサ装置が設置される領域で発生可能なノイズ信号となる。周波数成分比較や時間軸波形特徴比較による判定やＡＩにより推定等、周知の判定手段により、可聴帯域検出信号Ｓ２に環境ノイズが含まれているか否か判定し、その結果を記録部５に判定信号Ｓ５として出力する。

記録部５には、第２のフィルタ部３から超音波帯域検出信号Ｓ３が入力する。ここで判定部４から出力された判定信号Ｓ５が環境ノイズを含まないことを示す信号の場合、環境ノイズを含まないと判定された可聴帯域検出信号Ｓ２が分離された音波信号Ｓ１から分離された超音波帯域検出信号Ｓ３を記録部５に周知の方法で保存、記録する。

一方判定部４から出力された判定信号Ｓ５が環境ノイズを含むことを示す信号の場合、環境ノイズを含むと判定された可聴帯域検出信号Ｓ２が分離された音波信号Ｓ１から分離された超音波帯域検出信号Ｓ３は、記録部５に保存、記録しない。

図２は超音波帯域検出信号の記録方法の説明図を示す。判定部４において常時判定が行われている間に環境ノイズが２回発生する場合を示している。図２に示す例では環境ノイズが発生するタイミングに合わせて超音波帯域検出信号の記録を停止している。なお、記録部５の記録の停止は、環境ノイズが発生している間だけでなく、環境ノイズが検出された後、環境ノイズが検出されない期間にわたる一定期間の記録を停止してもよいし、あるいは環境ノイズが検出された後、その前後の環境ノイズが検出されない期間にわたる一定期間の記録を停止するように構成してもよい。

このように構成すると、環境ノイズに起因する超音波帯域検出信号を除いた検出信号のみが記録部５に記録され、この検出信号により機械装置等の故障予知を行うことが可能となる。

次に第２の実施例について説明する。上述第１の実施例では、記録する超音波帯域検出信号のデータ量が多くなる。例えば、１日分のデータを記録しようとした場合、数Ｔｂｙｔｅに達してしまう。一方で、測定対象から放出される故障の予兆を示す音波は継続的に放出され続ける。そのため、超音波帯域検出信号を間欠的に記録する構成としても故障予知に影響を与えることはない。

そこで図３に示すように超音波帯域検出信号を間欠的に記録するように構成してもよい。図３に示す例では、判定部４も間欠的に動作させている。具体的には第１の実施例同様、第１のフィルタ部２を通過した可聴帯域検出信号Ｓ２は、判定部４に入力する。ここで判定部４では、可聴帯域検出信号Ｓ２に環境ノイズが含まれているか否かを、判定部４が動作状態（図３では判定と表示）のときのみ間欠的に判定し、その結果を記録部５に判定信号Ｓ５として出力する。

記録部５には、第２のフィルタ部３から超音波帯域検出信号Ｓ３が入力する。ここで、記録部５は、判定部４が非動作状態（図３では判定停止と表示）の場合、超音波帯域検出信号Ｓ３の記録を停止する。また上述第１の実施例同様、判定部４で判定が行われ判定信号Ｓ５が環境ノイズを含むことを示す場合、環境ノイズを含むと判定された可聴帯域検出信号Ｓ２が分離された音波信号Ｓ１から分離された超音波帯域検出信号Ｓ３を記録部５に保存、記録しない構成とする。

図３に示す例では判定部４が動作状態のとき環境ノイズが発生した場合、環境ノイズが発生するタイミングに合わせて超音波帯域検出信号の記録を停止している。なお、記録部５の記録の停止は、環境ノイズが発生している間だけでなく、環境ノイズを含む場合にその信号すべての記録を停止するように構成してもよい。

なお、判定部４が非動作状態のときに環境ノイズが発生した場合、超音波帯域検出信号Ｓ３は記録部５に保存、記録されない構成となるため、何ら問題はない。

このように構成すると、環境ノイズに起因する超音波帯域検出信号を除いた検出信号のみが記録部５に記録され、この検出信号により機械装置等の故障予知を行うことが可能となる。さらに本実施例では、記録される超音波帯域検出信号のデータ量を削減することができ好適である。

次に第３の実施例について説明する。本実施例においても、図４に示すように超音波帯域検出信号を間欠的に記録する。上述の第２の実施例と異なる点は、判定部４が常時動作状態となっている点である。

具体的には、第１の実施例同様、第１のフィルタ部２を通過した可聴帯域検出信号Ｓ２は、判定部４に入力する。判定部４では、可聴帯域検出信号Ｓ２に環境ノイズが含まれているが否かを判定する。本実施例では上述の第１の実施例同様、判定部４において常時判定を行い、その結果を記録部５に判定信号Ｓ５として出力する。

記録部５には、第２のフィルタ部３から超音波帯域検出信号Ｓ３が入力する。ここで記録部５は、間欠的に動作する。記録部５が動作状態の場合、判定信号Ｓ５がノイズを含むことを示す場合、環境ノイズを含むと判定された可聴帯域検出信号Ｓ２が分離された音波信号Ｓ１から分離された超音波帯域検出信号を記録部５に保存、記録しない構成とする。

図４に示す例では記録部５が動作状態のとき環境ノイズが発生した場合、環境ノイズが発生するタイミングに合わせて超音波帯域検出信号の記録を停止している。なお、記録部５の記録の停止は、環境ノイズが発生している間だけでなく、環境ノイズを含む場合にその信号すべての記録を停止するように構成してもよい。

なお、記録部５が非動作状態のときに環境ノイズが発生した場合、超音波帯域検出信号Ｓ３は記録部５に保存、記録されない構成となっているため、何ら問題はない。

このように構成しても、環境ノイズに起因する超音波帯域検出信号を除いた検出信号のみが記録部５に記録され、この検出信号により機械装置等の故障予知を行うことが可能となる。さらに本実施例でも、記録される超音波帯域検出信号のデータ量を削減することができ好適である。

以上本発明について説明したが本発明は上述の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、第１のフィルタ部２をローパスフィルタで構成する代わりに、所定の環境ノイズ等を含む可聴帯域検出信号Ｓ２を出力するバンドパスフィルタとしてもよい。可聴帯域検出信号Ｓ２と超音波帯域検出信号Ｓ３に分離される閾値は、１０ｋＨｚに限るものでもなく、閾値にオフセットを持たせる構成としてもよい。また信号伝達の過程において、適宜信号を増幅するように構成してもよい。

また、上述の実施例では可聴帯域検出信号について記録しない構成として説明を行ったが、可聴帯域検出信号あるいは音波センサから出力される音波信号を記録する構成としてもよい。可聴帯域検出信号等は環境ノイズを含むため、これらを記録する場合は常時記録するのがよい。

１： 音波センサ、２：第１のフィルタ部、３：第２のフィルタ部、４：判定部、５：記録部

Claims (3)

1. 測定対象から放射される音波を検出する音波センサ装置において、
   可聴帯域から超音波帯域の周波数帯域の音波を検出可能な音波センサと、
   前記音波センサから出力される音波信号から、可聴帯域検出信号を取り出す第１のフィルタ部と、
   前記音波センサから出力される音波信号から、超音波帯域検出信号を取り出す第２のフィルタ部と、
   既知の環境ノイズに含まれる可聴帯域ノイズ信号あるいは既知の環境ノイズ信号と、前記可聴帯域検出信号とを比較し、前記可聴帯域検出信号が環境ノイズを含むか否かを判定する判定部と、
   前記可聴帯域検出信号が環境ノイズを含むと判定されたとき該可聴帯域検出信号を含む前記音波信号から取り出された前記超音波帯域検出信号を除外し、前記可聴帯域検出信号が環境ノイズを含まないと判定されたとき該可聴帯域信号を含む前記音波信号から取り出された前記超音波帯域検出信号を除外せず、検出信号として記録する記録部と、を備えていることを特徴とする音波センサ装置。
2. 請求項1記載の音波センサ装置において、
   前記判定部は、前記可聴帯域検出信号の前記判定を所定の期間行った後、所定の期間前記判定を停止する動作を繰り返すことと、
   前記記録部は、前記判定部が前記判定を停止しているとき前記検出信号の記録を停止することを特徴とする音波センサ装置。
3. 請求項１記載の音波センサ装置において、
   前記記録部は、前記検出信号を所定の期間記録した後、所定の期間前記記録を停止する動作を繰り返すことを特徴とする音波センサ装置。

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