JP2022169984A - Measurement device, measurement method and program - Google Patents

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裕輔 渡邊
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Abstract

To provide a measurement device, a measurement method and a program with which it is possible to measure a dominant frequency that exceeds the Nyquist frequency in a waveform signal.SOLUTION: The measurement device comprises: a filter for limiting the band of analog signals; a sampling execution unit for generating a first digital signal based on a band-limited analog signal and a second digital signal based on the analog signal on the basis of a sampling frequency; a fast Fourier transform unit for generating the frequency distribution data of the first digital signal and the frequency distribution data of the second digital signal with regard to bands lower than or equal to a Nyquist frequency based on the sampling frequency; and an extraction unit for extracting, for each frequency, a difference or a common point between the presence of a peak waveform in the frequency distribution data of the first digital signal and the presence of a peak waveform in the frequency distribution data of the second digital signal, and folding back the frequency of the peak waveform on the basis of the difference or the common point with the Nyquist frequency as a reference.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、計測装置、計測方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a measuring device, measuring method and program.

振動の計測結果に基づいて軸受の異常を診断する装置（振動の計測装置）が、特許文献１に開示されている。図１１は、計測装置の構成例を示す図である。図１１に例示された計測装置は、計測対象（例えば、軸受）の振動の卓越周波数を計測する。計測装置は、ローパスフィルタと、アナログ・デジタル変換部と、高速フーリエ変換部とを備える。 A device (vibration measuring device) for diagnosing bearing abnormalities based on vibration measurement results is disclosed in Patent Document 1. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device. The measuring device illustrated in FIG. 11 measures the dominant frequency of vibration of an object to be measured (for example, a bearing). The measurement device includes a low-pass filter, an analog-to-digital converter, and a fast Fourier transform.

特開２０２０－０５６６８６号公報JP 2020-056686 A

図１２は、計測処理の例を示す図である。ローパスフィルタには、計測対象の振動の波形信号が入力される。ローパスフィルタは、入力された波形信号において、カットオフ周波数を超える帯域を制限する。このため、カットオフ周波数を超える卓越周波数を計測することはできない。図１２では、カットオフ周波数は、所定のナイキスト周波数である。アナログ・デジタル変換部は、入力された波形信号（アナログ信号）に対してサンプリング処理を実行することよって、波形信号（デジタル信号）を生成する。高速フーリエ変換部は、波形信号（デジタル信号）に対して、高速フーリエ変換を実行する。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of measurement processing. A waveform signal of vibration to be measured is input to the low-pass filter. A low-pass filter limits the band exceeding the cutoff frequency in the input waveform signal. Therefore, it is not possible to measure dominant frequencies exceeding the cutoff frequency. In FIG. 12, the cutoff frequency is the predetermined Nyquist frequency. The analog/digital converter generates a waveform signal (digital signal) by performing sampling processing on the input waveform signal (analog signal). The fast Fourier transform unit performs fast Fourier transform on the waveform signal (digital signal).

このような計測装置では、計測対象の振動の卓越周波数（損傷周波数）が予め特定されている必要がある。なぜなら、標本化定理により、計測対象の振動の卓越周波数がナイキスト周波数以下となるように、アナログ・デジタル変換部のサンプリング周波数が予め定められる必要があるからである。サンプリング周波数は、ナイキスト周波数の２逓倍である。このため、アナログ・デジタル変換部のサンプリング周波数は損傷周波数に対して十分に高い必要がある。しかしながら、サンプリング周波数が十分に高いアナログ・デジタル変換部のコストは非常に高い。アナログ・デジタル変換部のコストの増加を抑制するためには、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数が計測可能であることが望ましい。 In such a measuring device, the dominant frequency (damage frequency) of the vibration to be measured must be specified in advance. This is because, according to the sampling theorem, the sampling frequency of the analog/digital converter must be determined in advance so that the dominant frequency of the vibration to be measured is equal to or lower than the Nyquist frequency. The sampling frequency is twice the Nyquist frequency. Therefore, the sampling frequency of the analog/digital converter must be sufficiently high with respect to the damage frequency. However, the cost of an analog-to-digital converter with a sufficiently high sampling frequency is very high. In order to suppress an increase in the cost of the analog-to-digital converter, it is desirable to be able to measure dominant frequencies exceeding the Nyquist frequency in the waveform signal.

上記事情に鑑み、本発明は、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である計測装置、計測方法及びプログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a measuring apparatus, a measuring method, and a program capable of measuring dominant frequencies exceeding the Nyquist frequency in waveform signals.

本発明の一態様は、入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタと、帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行部と、前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換部と、前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出部とを備える計測装置である。 One aspect of the present invention is a filter for band-limiting an input analog signal; a sampling execution unit that generates a second digital signal based on a sampling frequency; and a frequency distribution data of the first digital signal and a frequency distribution data of the second digital signal that are equal to or lower than the Nyquist frequency based on the sampling frequency. A fast Fourier transform unit that generates a band and extracts, for each frequency, a difference or a common point between the presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the first digital signal and the presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the second digital signal. and an extraction unit that folds the frequency of the peak waveform based on the difference or the common point with the Nyquist frequency as a reference.

本発明の一態様は、計測装置が実行する計測方法であって、入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタステップと、帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行ステップと、前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換ステップと、前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出ステップとを含む計測方法である。 One aspect of the present invention is a measurement method performed by a measurement device, comprising: a filter step for limiting the band of an input analog signal; a sampling execution step of generating a second digital signal based on said analog signal that is limited or unlimited based on a sampling frequency; frequency distribution data of said first digital signal and frequency distribution data of said second digital signal; a fast Fourier transform step of generating a band below the Nyquist frequency based on the sampling frequency; Presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the first digital signal; an extracting step of extracting a difference or a common point between presence and absence for each frequency, and folding back the frequency of the peak waveform based on the difference or the common point with the Nyquist frequency as a reference.

本発明の一態様は、上記の計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。 One aspect of the present invention is a program for causing a computer to function as the above measuring device.

本発明により、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。 The present invention makes it possible to measure dominant frequencies above the Nyquist frequency in a waveform signal.

第１実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measuring device in 1st Embodiment. 第１実施形態における、計測処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement process in 1st Embodiment. 第１実施形態における、計測装置の動作例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an operation example of the measuring device in the first embodiment; 第２実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measuring device in 2nd Embodiment. 第２実施形態における、計測処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement process in 2nd Embodiment. 第２実施形態における、計測装置の動作例を示すフローチャートである。9 is a flow chart showing an operation example of the measuring device in the second embodiment; 第３実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measuring device in 3rd Embodiment. 第３実施形態における、計測処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement process in 3rd Embodiment. 第３実施形態における、計測装置の動作例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of operation of a measuring device in a 3rd embodiment. 第４実施形態における、計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the measuring device in 4th Embodiment. 計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a measuring device. 計測処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement process.

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における、計測装置１ａの構成例を示す図である。計測装置１ａは、周波数を計測する装置である。計測装置１ａは、切替部１０と、ローパスフィルタ１１と、アナログ・デジタル変換部１２と、高速フーリエ変換部１３と、計測部１４ａと、記憶装置１５と、出力部１６とを備える。なお、ローパスフィルタ１１は、バンドパスフィルタでもよい。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a measuring device 1a according to the first embodiment. The measuring device 1a is a device for measuring frequency. The measuring device 1 a includes a switching section 10 , a low-pass filter 11 , an analog/digital converting section 12 , a fast Fourier transforming section 13 , a measuring section 14 a, a storage device 15 and an output section 16 . Note that the low-pass filter 11 may be a band-pass filter.

計測装置１ａの各機能部のうちの一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶部（例えば、記憶装置１５）に記憶されたプログラムを実行することにより、ソフトウェアとして実現される。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記録媒体である。 Some or all of the functional units of the measuring device 1a are stored by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) in a storage unit (for example, storage device 15 ) is implemented as software by executing a program stored in . The program may be recorded on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROM (Read Only Memory), CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and storage such as hard disks built into computer systems. It is a non-temporary recording medium such as a device.

計測装置１ａの各機能部のうちの一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いた電子回路（electronic circuit又はcircuitry）を含むハードウェアを用いて実現されてもよい。 Some or all of the functional units of the measuring device 1a are, for example, LSI (Large Scale Integrated circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like. It may be implemented using hardware including electronic circuits or circuitry used.

センサ（不図示）又は測定装置（不図示）は、計測対象の振動（例えば、音）を測定する。計測対象とは、例えばポンプの回転軸の軸受である。センサは、例えば加速度センサである。測定装置は、例えば騒音計である。センサ又は測定装置は、計測された振動の波形信号を生成する。 A sensor (not shown) or measuring device (not shown) measures the vibration (eg, sound) to be measured. The object to be measured is, for example, the bearing of the rotary shaft of the pump. The sensor is, for example, an acceleration sensor. The measuring device is, for example, a sound level meter. A sensor or measurement device produces a waveform signal of the measured vibration.

切替部１０は、センサ又は測定装置から、計測された振動の波形信号（アナログ信号）を取得する。切替部１０は、ローパスフィルタ１１及びアナログ・デジタル変換部１２に、例えば所定周期で交互に波形信号を出力する。すなわち、切替部１０は、波形信号の出力先を、例えば所定周期で交互に切り替える。所定周期は、例えば、計測対象の損傷周波数に基づいて定められる。所定周期は、例えば、測定対象の軸受における回転軸の回転周期に基づいて定められる。 The switching unit 10 acquires a waveform signal (analog signal) of the measured vibration from the sensor or the measuring device. The switching unit 10 alternately outputs waveform signals to the low-pass filter 11 and the analog/digital conversion unit 12, for example, at predetermined intervals. That is, the switching unit 10 alternately switches the output destination of the waveform signal, for example, at predetermined intervals. The predetermined period is determined, for example, based on the damage frequency to be measured. The predetermined period is determined, for example, based on the rotation period of the rotary shaft in the bearing to be measured.

ローパスフィルタ１１は、入力された波形信号の帯域を制限する機能部である。ローパスフィルタ１１は、波形信号が切替部１０から入力された場合、カットオフ周波数以下の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。以下では、カットオフ周波数は、一例として、ナイキスト周波数に等しい。なお、カットオフ周波数は、計測対象の振動特性に応じて着目された周波数の帯域（例えば、損傷周波数を含む帯域）に合わせて定められてもよい。周波数の帯域が絞られることによって、表示処理及び演算処理を軽量化することが可能である。 The low-pass filter 11 is a functional unit that limits the band of the input waveform signal. When a waveform signal is input from the switching unit 10 , the low-pass filter 11 outputs a waveform signal in a band below the cutoff frequency to the analog/digital conversion unit 12 . In the following, the cutoff frequency is equal to the Nyquist frequency as an example. Note that the cut-off frequency may be determined according to the frequency band of interest (for example, the band including the damage frequency) according to the vibration characteristics of the object to be measured. By narrowing the frequency band, it is possible to reduce the weight of display processing and arithmetic processing.

ナイキスト周波数は、アナログ・デジタル変換部１２が実行するアナログ・デジタル変換処理におけるサンプリング周波数の半分の周波数である。換言すれば、サンプリング周波数は、ナイキスト周波数の２逓倍である。 The Nyquist frequency is half the sampling frequency in the analog-to-digital conversion processing executed by the analog-to-digital converter 12 . In other words, the sampling frequency is twice the Nyquist frequency.

アナログ・デジタル変換部１２には、例えば所定周期で、波形信号が切替部１０及びローパスフィルタ１１から交互に入力される。すなわち、第１期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から入力される。第１期間とは異なる第２期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から入力される。 Waveform signals are alternately input to the analog-to-digital conversion unit 12 from the switching unit 10 and the low-pass filter 11 at predetermined intervals, for example. That is, in the first period, the waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog/digital converter 12 . The waveform signal is input from the switching section 10 to the analog/digital converting section 12 in a second period different from the first period.

アナログ・デジタル変換部１２は、入力された波形信号（アナログ信号）に対して、アナログ・デジタル変換処理を実行する。すなわち、アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、入力された波形信号に対して、所定のサンプリング周波数でサンプリング処理を実行する。ここで、サンプリング周波数は、一例として１００Ｈｚである。したがって、ナイキスト周波数は、一例として５０Ｈｚ（＝１００／２Ｈｚ）である。アナログ・デジタル変換部１２は、生成された波形信号（デジタル信号）を、高速フーリエ変換部１３に出力する。 The analog/digital converter 12 performs analog/digital conversion processing on the input waveform signal (analog signal). That is, the analog-to-digital conversion unit 12 (sampling execution unit) performs sampling processing on the input waveform signal at a predetermined sampling frequency. Here, the sampling frequency is 100 Hz as an example. Therefore, the Nyquist frequency is 50 Hz (=100/2 Hz) as an example. The analog/digital conversion unit 12 outputs the generated waveform signal (digital signal) to the fast Fourier transform unit 13 .

アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、フィルタによって帯域が制限された波形信号の周波数分布データ（以下「制限周波数データ」という。）を、計測部１４ａに出力する。 When a waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog-to-digital conversion unit 12, the fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal band-limited by the low-pass filter 11. The fast Fourier transform unit 13 outputs frequency distribution data of the waveform signal band-limited by the filter (hereinafter referred to as “limited frequency data”) to the measurement unit 14a.

アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限されていない波形信号（エイリアシングの影響を含む波形信号）に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、フィルタによって帯域が制限されていない波形信号の周波数分布データ（以下「非制限周波数データ」という。）を、計測部１４ａに出力する。 When a waveform signal is input from the switching unit 10 to the analog/digital conversion unit 12, the fast Fourier transform unit 13 converts the waveform signal whose band is not limited by the low-pass filter 11 (the waveform signal including the influence of aliasing) into to perform fast Fourier transform processing. The fast Fourier transform unit 13 outputs the frequency distribution data of the waveform signal whose band is not limited by the filter (hereinafter referred to as “unlimited frequency data”) to the measurement unit 14a.

アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、計測部１４ａは、制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ａは、制限周波数データを記憶装置１５に記録する。 When a waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog-to-digital converter 12 , the measurement section 14 a acquires limit frequency data from the fast Fourier transform section 13 . The measurement unit 14 a records the limit frequency data in the storage device 15 .

アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から波形信号が入力されている場合、計測部１４ａは、非制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ａは、非制限周波数データを記憶装置１５に記録する。 When the waveform signal is input from the switching unit 10 to the analog/digital converting unit 12 , the measuring unit 14 a acquires the unlimited frequency data from the fast Fourier transforming unit 13 . The measurement unit 14 a records the unlimited frequency data in the storage device 15 .

計測部１４ａ（抽出部）は、制限周波数データにおけるピーク波形と非制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ａは、非制限周波数データにおいて差分として抽出されたピーク波形の周波数（卓越周波数）を計測する。計測部１４ａは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されたピーク波形の周波数を折り返す。計測部１４ａは、制限周波数データと、折り返された周波数のピーク波形のデータとを、出力部１６に出力する。 The measuring unit 14a (extracting unit) extracts, for each frequency, the difference between the peak waveform in the restricted frequency data and the peak waveform in the non-restricted frequency data. The measurement unit 14a measures the frequency (dominant frequency) of the peak waveform extracted as the difference in the unlimited frequency data. The measurement unit 14a repeats the frequency of the peak waveform extracted as the difference with reference to the Nyquist frequency. The measurement unit 14 a outputs the limit frequency data and the peak waveform data of the folded frequency to the output unit 16 .

記憶装置１５は、制限周波数データと非制限周波数データとを記憶する。記憶装置１５は、折り返された周波数のピーク波形のデータを記憶してもよい。 The storage device 15 stores limited frequency data and non-limited frequency data. The storage device 15 may store the peak waveform data of the folded frequency.

出力部１６は、制限周波数データと、折り返された周波数のピーク波形のデータとを、表示装置等の外部装置（不図示）に出力する。出力部１６（表示部）は、制限周波数データに基づく周波数分布（周波数スペクトル）の画像と、折り返された周波数のピーク波形の画像とを、並べて表示してもよい。 The output unit 16 outputs the limit frequency data and the peak waveform data of the folded frequency to an external device (not shown) such as a display device. The output unit 16 (display unit) may display an image of the frequency distribution (frequency spectrum) based on the limit frequency data and an image of the peak waveform of the folded frequency side by side.

次に、計測処理について説明する。
図２は、第１実施形態における、計測処理の例を示す図である。計測部１４ａは、制限周波数データ１００におけるピーク波形と非制限周波数データ２００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。図２では、制限周波数データ１００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とである。図２では、非制限周波数データ２００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とピーク波形１０３とである。 Next, measurement processing will be described.
FIG. 2 is a diagram showing an example of measurement processing in the first embodiment. The measurement unit 14a extracts the difference between the peak waveform in the restricted frequency data 100 and the peak waveform in the non-restricted frequency data 200 for each frequency. In FIG. 2, peak waveforms in the limit frequency data 100 are, for example, a peak waveform 101 and a peak waveform 102 . In FIG. 2, the peak waveforms in the unlimited frequency data 200 are peak waveform 101, peak waveform 102, and peak waveform 103 as an example.

計測部１４ａは、非制限周波数データ２００において差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。図２では、ピーク波形１０３の周波数は、一例として３０Ｈｚである。計測部１４ａは、ナイキスト周波数（５０Ｈｚ）を基準として、差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数を折り返す。すなわち、計測部１４ａは、ナイキスト周波数を鏡として、ピーク波形１０３を反転する。この結果、折り返された周波数は、７０Ｈｚ（＝５０＋（５０－３０）Ｈｚ）である。計測部１４ａは、制限周波数データ１００と、折り返された周波数（７０Ｈｚ）のピーク波形１０４のデータとを、出力部１６に出力する。 The measurement unit 14 a measures the frequency (dominant frequency) of the peak waveform 103 extracted as the difference in the unlimited frequency data 200 . In FIG. 2, the frequency of the peak waveform 103 is 30 Hz as an example. The measurement unit 14a repeats the frequency of the peak waveform 103 extracted as the difference with the Nyquist frequency (50 Hz) as a reference. That is, the measurement unit 14a inverts the peak waveform 103 with the Nyquist frequency as a mirror. As a result, the folded frequency is 70 Hz (=50+(50-30) Hz). The measurement unit 14 a outputs the limit frequency data 100 and the peak waveform 104 data of the folded frequency (70 Hz) to the output unit 16 .

次に、計測装置１ａの動作例を説明する。
図３は、第１実施形態における、計測装置１ａの動作例を示すフローチャートである。切替部１０は、波形信号（アナログ信号）をセンサ等（不図示）から取得する（ステップＳ１０１）。計測部１４ａは、アナログ・デジタル変換部１２のサンプリング周波数（例えば、１００Ｈｚ）に基づいて、ナイキスト周波数を導出する（ステップＳ１０２）。 Next, an operation example of the measuring device 1a will be described.
FIG. 3 is a flow chart showing an operation example of the measuring device 1a in the first embodiment. The switching unit 10 acquires a waveform signal (analog signal) from a sensor or the like (not shown) (step S101). The measurement unit 14a derives the Nyquist frequency based on the sampling frequency (for example, 100 Hz) of the analog/digital conversion unit 12 (step S102).

第１期間において、ローパスフィルタ１１は、入力された波形信号に対して、ローパスフィルタ処理を実行する（ステップＳ１０３）。アナログ・デジタル変換部１２は、サンプリング周波数に基づいて、帯域が制限された波形信号（アナログ信号）に対して、サンプリング処理を実行する。これによって、アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限された波形信号（アナログ信号）を、帯域が制限された波形信号（デジタル信号）に変換する（ステップＳ１０４－１）。高速フーリエ変換部１３は、ナイキスト周波数以下の帯域について、帯域が制限された波形信号（デジタル信号）に対して高速フーリエ変換を実行する。これによって、高速フーリエ変換部１３は、制限周波数データを生成する（ステップＳ１０５－１）。 In the first period, the low-pass filter 11 performs low-pass filtering on the input waveform signal (step S103). The analog-to-digital conversion unit 12 performs sampling processing on the waveform signal (analog signal) whose band is limited based on the sampling frequency. As a result, the analog/digital converter 12 converts the band-limited waveform signal (analog signal) into a band-limited waveform signal (digital signal) (step S104-1). The fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform on a band-limited waveform signal (digital signal) for a band equal to or lower than the Nyquist frequency. As a result, the fast Fourier transform unit 13 generates limit frequency data (step S105-1).

第１期間とは異なる第２期間において、アナログ・デジタル変換部１２は、サンプリング周波数に基づいて、帯域が制限されていない波形信号（アナログ信号）に対して、サンプリング処理を実行する。これによって、アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限されていない波形信号（アナログ信号）を、帯域が制限されていない波形信号（デジタル信号）に変換する（ステップＳ１０４－２）。高速フーリエ変換部１３は、ナイキスト周波数以下の帯域について、帯域が制限されていない波形信号（デジタル信号）に対して高速フーリエ変換を実行する。これによって、高速フーリエ変換部１３は、非制限周波数データを生成する（ステップＳ１０５－２）。 In a second period different from the first period, the analog-to-digital converter 12 performs sampling processing on the waveform signal (analog signal) whose band is not limited based on the sampling frequency. As a result, the analog/digital converter 12 converts the band-unlimited waveform signal (analog signal) into a band-unlimited waveform signal (digital signal) (step S104-2). The fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform on a waveform signal (digital signal) whose band is not limited in the band below the Nyquist frequency. Thereby, the fast Fourier transform unit 13 generates unlimited frequency data (step S105-2).

計測部１４ａは、制限周波数データにおけるピーク波形と非制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する（ステップＳ１０６）。計測部１４ａは、ナイキスト周波数を基準として、差分のピーク波形の周波数を折り返す（ステップＳ１０７）。計測部１４ａは、サンプリング周波数以下の帯域について、周波数分布を生成する（ステップＳ１０８）。出力部１６は、サンプリング周波数以下の帯域について、周波数分布を出力する。すなわち、出力部１６は、ナイキスト周波数の２逓倍以下の帯域について、周波数分布を出力する（ステップＳ１０９）。 The measurement unit 14a extracts, for each frequency, the difference between the peak waveform in the restricted frequency data and the peak waveform in the non-restricted frequency data (step S106). The measurement unit 14a repeats the frequency of the differential peak waveform with reference to the Nyquist frequency (step S107). The measurement unit 14a generates a frequency distribution for bands below the sampling frequency (step S108). The output unit 16 outputs the frequency distribution for the band below the sampling frequency. That is, the output unit 16 outputs the frequency distribution for the band of the Nyquist frequency doubled or less (step S109).

以上のように、ローパスフィルタ１１は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以下の帯域となるように制限する。アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号を、サンプリング周波数に基づいて生成する。アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限されていないアナログ信号に基づく第２デジタル信号を、サンプリング周波数に基づいて生成する。高速フーリエ変換部１３は、第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ１００）と、第２デジタル信号の周波数分布データ（非制限周波数データ２００）とを、ナイキスト周波数以下の帯域について生成する。 As described above, the low-pass filter 11 limits the band of the input analog signal (waveform signal) to a band equal to or lower than the Nyquist frequency. The analog-to-digital conversion unit 12 (sampling execution unit) generates a first digital signal based on an analog signal whose band is limited to a band equal to or lower than the Nyquist frequency, based on the sampling frequency. The analog-to-digital converter 12 generates a second digital signal based on the band-unlimited analog signal based on the sampling frequency. The fast Fourier transform unit 13 generates frequency distribution data of the first digital signal (limited frequency data 100) and frequency distribution data of the second digital signal (unlimited frequency data 200) for the band below the Nyquist frequency.

計測部１４ａ（抽出部）は、第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ１００）におけるピーク波形の有無と、第２デジタル信号の周波数分布データ（非制限周波数データ２００）におけるピーク波形の有無との差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ａは、ナイキスト周波数を基準として、差分に基づいてピーク波形１０３の周波数を折り返す。ここで、計測部１４ａは、制限周波数データ１００との差分として非制限周波数データ２００から抽出されたピーク波形１０３の周波数を、ナイキスト周波数を基準として折り返す。 The measurement unit 14a (extraction unit) determines whether or not there is a peak waveform in the frequency distribution data (limit frequency data 100) of the first digital signal and whether or not there is a peak waveform in the frequency distribution data (unlimited frequency data 200) of the second digital signal. , is extracted for each frequency. The measurement unit 14a repeats the frequency of the peak waveform 103 based on the difference with the Nyquist frequency as a reference. Here, the measurement unit 14a repeats the frequency of the peak waveform 103 extracted from the non-restricted frequency data 200 as the difference from the restricted frequency data 100, using the Nyquist frequency as a reference.

これによって、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。すなわち、エイリアシング（折り返し雑音）の現象を利用して、周波数分布をサンプリング周波数まで計測することが可能である。ここで、計測対象（軸受等）の周波数（損傷周波数）が予め特定されている必要がない。すなわち、取り扱われる周波数領域が予め特定されている必要がない。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測装置のコストの増加を抑制することが可能である。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測対象の周波数（損傷周波数）を計測するためのデータ容量の増加を抑制することが可能である。 This makes it possible to measure dominant frequencies exceeding the Nyquist frequency in the waveform signal. That is, the phenomenon of aliasing (aliasing noise) can be used to measure the frequency distribution up to the sampling frequency. Here, the frequency (damage frequency) of the object to be measured (bearing, etc.) need not be specified in advance. That is, there is no need to specify the frequency range to be handled in advance. Since there is no need to increase the sampling frequency unnecessarily, it is possible to suppress an increase in the cost of the measuring device. Since there is no need to increase the sampling frequency unnecessarily, it is possible to suppress an increase in data capacity for measuring the frequency of the measurement object (damage frequency).

（第２実施形態）
第２実施形態では、計測装置がローパスフィルタを備えない点と、計測装置がハイパスフィルタを備える点とが、第１実施形態との差分である。第２実施形態では、第１実施形態との差分を中心に説明する。 (Second embodiment)
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the measuring device does not have a low-pass filter and the measuring device has a high-pass filter. 2nd Embodiment demonstrates centering around the difference with 1st Embodiment.

図４は、第２実施形態における、計測装置１ｂの構成例を示す図である。計測装置１ｂは、周波数を計測する装置である。計測装置１ｂは、切替部１０と、アナログ・デジタル変換部１２と、高速フーリエ変換部１３と、計測部１４ｂと、記憶装置１５と、出力部１６と、ハイパスフィルタ１７とを備える。なお、ハイパスフィルタ１７は、バンドパスフィルタでもよい。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 1b in the second embodiment. The measuring device 1b is a device that measures frequency. The measuring device 1 b includes a switching section 10 , an analog/digital converting section 12 , a fast Fourier transform section 13 , a measuring section 14 b, a storage device 15 , an output section 16 and a high pass filter 17 . Note that the high-pass filter 17 may be a band-pass filter.

ハイパスフィルタ１７は、入力された波形信号の帯域を制限する機能部である。ハイパスフィルタ１７は、波形信号が切替部１０から入力された場合、ナイキスト周波数以上の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。ハイパスフィルタ１７のカットオフ周波数は、例えば、ナイキスト周波数に等しい周波数である。 The high-pass filter 17 is a functional section that limits the band of the input waveform signal. When a waveform signal is input from the switching section 10 , the high-pass filter 17 outputs a waveform signal in a band equal to or higher than the Nyquist frequency to the analog/digital conversion section 12 . The cutoff frequency of the high-pass filter 17 is, for example, a frequency equal to the Nyquist frequency.

アナログ・デジタル変換部１２には、例えば所定周期で、波形信号が切替部１０及びハイパスフィルタ１７から交互に入力される。すなわち、第１期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から入力される。第１期間とは異なる第２期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から入力される。 Waveform signals are alternately input to the analog/digital converter 12 from the switching unit 10 and the high-pass filter 17, for example, at predetermined intervals. That is, in the first period, the waveform signal is input from the high-pass filter 17 to the analog/digital converter 12 . The waveform signal is input from the switching section 10 to the analog/digital converting section 12 in a second period different from the first period.

アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、制限周波数データを計測部１４ｂに出力する。 When a waveform signal is input from the high-pass filter 17 to the analog/digital converter 12 , the fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal whose band is limited by the high-pass filter 17 . The fast Fourier transform unit 13 outputs the limit frequency data to the measurement unit 14b.

アナログ・デジタル変換部１２に切替部１０から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限されていない波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、非制限周波数データを計測部１４ｂに出力する。 When a waveform signal is input from the switching unit 10 to the analog/digital conversion unit 12, the fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal whose band is not limited by the high-pass filter 17. . The fast Fourier transform unit 13 outputs the unlimited frequency data to the measurement unit 14b.

次に、計測処理について説明する。
図５は、第２実施形態における、計測処理の例を示す図である。計測部１４ｂは、制限周波数データ４００におけるピーク波形と非制限周波数データ２００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。図５では、制限周波数データ４００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０３である。図５では、非制限周波数データ２００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とピーク波形１０３とである。 Next, measurement processing will be described.
FIG. 5 is a diagram showing an example of measurement processing in the second embodiment. The measuring unit 14b extracts the difference between the peak waveform in the restricted frequency data 400 and the peak waveform in the non-restricted frequency data 200 for each frequency. In FIG. 5, the peak waveform in the limit frequency data 400 is the peak waveform 103 as an example. In FIG. 5, the peak waveforms in the unlimited frequency data 200 are peak waveform 101, peak waveform 102, and peak waveform 103 as an example.

計測部１４ｂは、非制限周波数データ２００において差分（相違点）として抽出されないピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。図５では、ピーク波形１０３の周波数は、一例として３０Ｈｚである。計測部１４ｂは、ナイキスト周波数（５０Ｈｚ）を基準として、差分として抽出されないピーク波形１０３（共通点として抽出されたピーク波形１０３）の周波数を折り返す。すなわち、計測部１４ａは、ナイキスト周波数を鏡として、ピーク波形１０３を反転する。この結果、折り返された周波数は、７０Ｈｚ（＝５０＋（５０－３０）Ｈｚ）である。計測部１４ｂは、非制限周波数データ２００と、折り返された周波数（７０Ｈｚ）のピーク波形１０４のデータとを、出力部１６に出力する。 The measurement unit 14b measures the frequency (predominant frequency) of the peak waveform 103 that is not extracted as a difference (difference) in the unlimited frequency data 200. FIG. In FIG. 5, the frequency of the peak waveform 103 is 30 Hz as an example. Using the Nyquist frequency (50 Hz) as a reference, the measurement unit 14b repeats the frequency of the peak waveform 103 not extracted as a difference (the peak waveform 103 extracted as a common point). That is, the measurement unit 14a inverts the peak waveform 103 with the Nyquist frequency as a mirror. As a result, the folded frequency is 70 Hz (=50+(50-30) Hz). The measurement unit 14 b outputs the unrestricted frequency data 200 and the data of the peak waveform 104 of the folded frequency (70 Hz) to the output unit 16 .

次に、計測装置１ｂの動作例を説明する。
図６は、第２実施形態における、計測装置１ｂの動作例を示すフローチャートである。ステップＳ２０１からステップＳ２０２までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０１からステップＳ１０２までの各動作と同様である。 Next, an operation example of the measuring device 1b will be described.
FIG. 6 is a flow chart showing an operation example of the measuring device 1b in the second embodiment. Each operation from step S201 to step S202 is the same as each operation from step S101 to step S102 shown in FIG.

第１期間において、ハイパスフィルタ１７は、入力された波形信号に対して、ハイパスフィルタ処理を実行する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０４－１からステップＳ２０５－１までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０４－１からステップＳ１０５－１までの各動作と同様である。また、ステップＳ２０４－２からステップＳ２０５－２までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０４－２からステップＳ１０５－２までの各動作と同様である。 In the first period, the high-pass filter 17 performs high-pass filtering on the input waveform signal (step S203). Each operation from step S204-1 to step S205-1 is the same as each operation from step S104-1 to step S105-1 shown in FIG. Further, each operation from step S204-2 to step S205-2 is the same as each operation from step S104-2 to step S105-2 shown in FIG.

ステップＳ２０６の動作は、図３に示されたステップＳ１０６の動作と同様である。計測部１４ｂは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されないピーク波形１０３の周波数を折り返す（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０８からステップＳ２０９までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０８からステップＳ１０９までの各動作と同様である。 The operation of step S206 is the same as the operation of step S106 shown in FIG. The measurement unit 14b repeats the frequency of the peak waveform 103 that is not extracted as a difference, using the Nyquist frequency as a reference (step S207). Each operation from step S208 to step S209 is the same as each operation from step S108 to step S109 shown in FIG.

以上のように、ハイパスフィルタ１７は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以上の帯域となるように制限する。アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号を生成する。アナログ・デジタル変換部１２は、帯域が制限されていないアナログ信号に基づく第２デジタル信号を生成する。計測部１４ｂ（抽出部）は、第２デジタル信号の周波数分布データ（非制限周波数データ２００）との共通点として第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ４００）から抽出されたピーク波形１０３の周波数を、ナイキスト周波数を基準として折り返す。 As described above, the high-pass filter 17 limits the band of the input analog signal (waveform signal) to a band equal to or higher than the Nyquist frequency. The analog/digital conversion unit 12 (sampling execution unit) generates a first digital signal based on an analog signal whose band is limited to a band equal to or higher than the Nyquist frequency. The analog-to-digital converter 12 generates a second digital signal based on the band-unlimited analog signal. The measurement unit 14b (extraction unit) extracts the peak waveform 103 extracted from the frequency distribution data (limit frequency data 400) of the first digital signal as a common point with the frequency distribution data (unlimited frequency data 200) of the second digital signal. The frequency of is folded with the Nyquist frequency as the reference.

これによって、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。計測対象（軸受等）の周波数（損傷周波数）が予め特定されている必要がない。すなわち、取り扱われる周波数領域が予め特定されている必要がない。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測装置のコストの増加を抑制することが可能である。サンプリング周波数を不要に高くする必要がないので、計測対象の周波数（損傷周波数）を計測するためのデータ容量の増加を抑制することが可能である。 This makes it possible to measure dominant frequencies exceeding the Nyquist frequency in the waveform signal. The frequency (damage frequency) of the object to be measured (bearing, etc.) need not be specified in advance. That is, there is no need to specify the frequency range to be handled in advance. Since there is no need to increase the sampling frequency unnecessarily, it is possible to suppress an increase in the cost of the measuring device. Since there is no need to increase the sampling frequency unnecessarily, it is possible to suppress an increase in data capacity for measuring the frequency of the measurement object (damage frequency).

（第３実施形態）
第３実施形態では、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを計測装置が並列に備える点が、第１実施形態との差分である。第３実施形態では、第１実施形態との差分を中心に説明する。 (Third embodiment)
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the measuring device includes a low-pass filter and a high-pass filter in parallel. 3rd Embodiment demonstrates centering around the difference with 1st Embodiment.

図７は、第３実施形態における、計測装置１ｃの構成例を示す図である。計測装置１ｃは、周波数を計測する装置である。計測装置１ｃは、切替部１０と、ローパスフィルタ１１と、アナログ・デジタル変換部１２と、高速フーリエ変換部１３と、計測部１４ａと、記憶装置１５と、出力部１６と、ハイパスフィルタ１７とを備える。なお、ローパスフィルタ１１とハイパスフィルタ１７とのうちの少なくとも一方は、バンドパスフィルタでもよい。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 1c in the third embodiment. The measuring device 1c is a device for measuring frequency. The measurement device 1c includes a switching unit 10, a low-pass filter 11, an analog/digital conversion unit 12, a fast Fourier transform unit 13, a measurement unit 14a, a storage device 15, an output unit 16, and a high-pass filter 17. Prepare. At least one of the low-pass filter 11 and the high-pass filter 17 may be a band-pass filter.

切替部１０は、センサ又は測定装置から、波形信号（アナログ信号）を取得する。切替部１０は、ローパスフィルタ１１及びハイパスフィルタ１７に、例えば所定周期で交互に波形信号を出力する。すなわち、切替部１０は、波形信号の出力先を、例えば所定周期で交互に切り替える。 The switching unit 10 acquires a waveform signal (analog signal) from a sensor or measuring device. The switching unit 10 alternately outputs waveform signals to the low-pass filter 11 and the high-pass filter 17 at predetermined intervals, for example. That is, the switching unit 10 alternately switches the output destination of the waveform signal, for example, at predetermined intervals.

ローパスフィルタ１１は、波形信号が切替部１０から入力された場合、ナイキスト周波数以下の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。ハイパスフィルタ１７は、波形信号が切替部１０から入力された場合、ナイキスト周波数以上の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２に出力する。 When a waveform signal is input from the switching unit 10 , the low-pass filter 11 outputs a waveform signal in a band below the Nyquist frequency to the analog/digital conversion unit 12 . When a waveform signal is input from the switching section 10 , the high-pass filter 17 outputs a waveform signal in a band equal to or higher than the Nyquist frequency to the analog/digital conversion section 12 .

アナログ・デジタル変換部１２には、例えば所定周期で、波形信号がローパスフィルタ１１及びハイパスフィルタ１７から交互に入力される。すなわち、第１期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から入力される。第１期間とは異なる第２期間において、波形信号が、アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から入力される。 Waveform signals are alternately input from the low-pass filter 11 and the high-pass filter 17 to the analog/digital converter 12, for example, at predetermined intervals. That is, in the first period, the waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog/digital converter 12 . The waveform signal is input from the high-pass filter 17 to the analog/digital converter 12 in a second period different from the first period.

アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、第１の制限周波数データを計測部１４ｃに出力する。 When a waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog-to-digital conversion unit 12, the fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal band-limited by the low-pass filter 11. The fast Fourier transform unit 13 outputs the first limit frequency data to the measurement unit 14c.

アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から波形信号が入力されている場合、高速フーリエ変換部１３は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、第２の制限周波数データを計測部１４ｃに出力する。 When a waveform signal is input from the high-pass filter 17 to the analog/digital converter 12 , the fast Fourier transform unit 13 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal whose band is limited by the high-pass filter 17 . The fast Fourier transform unit 13 outputs the second limit frequency data to the measurement unit 14c.

計測部１４ｃは、アナログ・デジタル変換部１２にローパスフィルタ１１から波形信号が入力されている場合、第１の制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ｃは、第１の制限周波数データを記憶装置１５に記録する。計測部１４ｃは、アナログ・デジタル変換部１２にハイパスフィルタ１７から波形信号が入力されている場合、第２の制限周波数データを高速フーリエ変換部１３から取得する。計測部１４ｃは、第２の制限周波数データを記憶装置１５に記録する。 The measurement unit 14 c acquires the first limit frequency data from the fast Fourier transform unit 13 when the waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog/digital conversion unit 12 . The measurement unit 14 c records the first limit frequency data in the storage device 15 . The measurement unit 14 c acquires the second limit frequency data from the fast Fourier transform unit 13 when the waveform signal is input from the high-pass filter 17 to the analog/digital conversion unit 12 . The measurement unit 14 c records the second limit frequency data in the storage device 15 .

計測部１４ｃは、第１の制限周波数データにおけるピーク波形と第２の制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ｃは、第２の制限周波数データにおいて差分として抽出されたピーク波形の周波数（卓越周波数）を計測する。計測部１４ｃは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されたピーク波形の周波数を折り返す。計測部１４ｃは、制限周波数データと、折り返された周波数のピーク波形のデータとを、出力部１６に出力する。 The measuring unit 14c extracts, for each frequency, the difference between the peak waveform in the first limit frequency data and the peak waveform in the second limit frequency data. The measurement unit 14c measures the frequency (dominant frequency) of the peak waveform extracted as the difference in the second limit frequency data. The measurement unit 14c repeats the frequency of the peak waveform extracted as the difference with reference to the Nyquist frequency. The measurement unit 14 c outputs the limit frequency data and the peak waveform data of the folded frequency to the output unit 16 .

次に、計測処理について説明する。
図８は、第３実施形態における、計測処理の例を示す図である。計測部１４ｃは、制限周波数データ１００におけるピーク波形と制限周波数データ４００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。図８では、制限周波数データ１００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０１とピーク波形１０２とである。図８では、制限周波数データ４００におけるピーク波形は、一例として、ピーク波形１０３である。 Next, measurement processing will be described.
FIG. 8 is a diagram showing an example of measurement processing in the third embodiment. The measuring unit 14c extracts the difference between the peak waveform in the limit frequency data 100 and the peak waveform in the limit frequency data 400 for each frequency. In FIG. 8, peak waveforms in the limit frequency data 100 are, for example, a peak waveform 101 and a peak waveform 102 . In FIG. 8, the peak waveform in the limit frequency data 400 is the peak waveform 103 as an example.

計測部１４ｃは、制限周波数データ４００において差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。図８では、ピーク波形１０３の周波数は、一例として３０Ｈｚである。計測部１４ｃは、ナイキスト周波数（５０Ｈｚ）を基準として、差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数を折り返す。すなわち、計測部１４ｃは、ナイキスト周波数を鏡として、ピーク波形１０３を反転する。この結果、折り返された周波数は、７０Ｈｚ（＝５０＋（５０－３０）Ｈｚ）である。計測部１４ｃは、制限周波数データ１００と、折り返された周波数（７０Ｈｚ）のピーク波形１０４のデータとを、出力部１６に出力する。 The measurement unit 14 c measures the frequency (dominant frequency) of the peak waveform 103 extracted as the difference in the limit frequency data 400 . In FIG. 8, the frequency of the peak waveform 103 is 30 Hz as an example. The measurement unit 14c repeats the frequency of the peak waveform 103 extracted as the difference with the Nyquist frequency (50 Hz) as a reference. That is, the measurement unit 14c inverts the peak waveform 103 with the Nyquist frequency as a mirror. As a result, the folded frequency is 70 Hz (=50+(50-30) Hz). The measurement unit 14 c outputs the limit frequency data 100 and the peak waveform 104 data of the folded frequency (70 Hz) to the output unit 16 .

次に、計測装置１ｃの動作例を説明する。
図９は、第３実施形態における、計測装置１ｃの動作例を示すフローチャートである。第１期間において、ステップＳ３０１からステップＳ３０５－１までの各動作は、図３に示されたステップＳ１０１からステップＳ１０５－１までの各動作と同様である。第２期間において、ステップＳ３０３－２からステップＳ３０５－２までの各動作は、図６に示されたステップＳ２０３からステップＳ２０５－１までの各動作と同様である。 Next, an operation example of the measuring device 1c will be described.
FIG. 9 is a flow chart showing an operation example of the measuring device 1c in the third embodiment. In the first period, each operation from step S301 to step S305-1 is the same as each operation from step S101 to step S105-1 shown in FIG. In the second period, each operation from step S303-2 to step S305-2 is the same as each operation from step S203 to step S205-1 shown in FIG.

計測部１４ｃは、第１の制限周波数データにおけるピーク波形と第２の制限周波数データにおけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する（ステップＳ３０６）。計測部１４ｃは、ナイキスト周波数を基準として、第２の制限周波数データにおける差分のピーク波形の周波数を折り返す（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０８からステップＳ３０９までの各動作は、図３に示されたステップＳ３０８からステップＳ３０９までの各動作と同様である。 The measurement unit 14c extracts, for each frequency, the difference between the peak waveform in the first limit frequency data and the peak waveform in the second limit frequency data (step S306). The measurement unit 14c repeats the frequency of the peak waveform of the difference in the second limit frequency data with reference to the Nyquist frequency (step S307). Each operation from step S308 to step S309 is the same as each operation from step S308 to step S309 shown in FIG.

以上のように、ローパスフィルタ１１は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以下の帯域となるように制限する。ハイパスフィルタ１７は、入力されたアナログ信号（波形信号）の帯域を、ナイキスト周波数以上の帯域となるように制限する。アナログ・デジタル変換部１２（サンプリング実行部）は、ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第１デジタル信号を生成する。アナログ・デジタル変換部１２は、ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限されたアナログ信号に基づく第２デジタル信号を生成する。計測部１４ｃ（抽出部）は、第１デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ１００）との差分として第２デジタル信号の周波数分布データ（制限周波数データ４００）から抽出されたピーク波形１０３の周波数を、ナイキスト周波数を基準として折り返す。 As described above, the low-pass filter 11 limits the band of the input analog signal (waveform signal) to a band equal to or lower than the Nyquist frequency. The high-pass filter 17 limits the band of the input analog signal (waveform signal) to a band equal to or higher than the Nyquist frequency. The analog/digital conversion unit 12 (sampling execution unit) generates a first digital signal based on an analog signal whose band is limited to a band equal to or lower than the Nyquist frequency. The analog-to-digital converter 12 generates a second digital signal based on an analog signal whose band is limited to a band equal to or higher than the Nyquist frequency. The measurement unit 14c (extraction unit) calculates the frequency of the peak waveform 103 extracted from the frequency distribution data (limit frequency data 400) of the second digital signal as the difference from the frequency distribution data (limit frequency data 100) of the first digital signal. is folded with the Nyquist frequency as the reference.

第３実施形態ではフィルタの数が多いので、騒音の周波数が広帯域に分布する環境でも、波形信号においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。 Since the number of filters in the third embodiment is large, even in an environment where noise frequencies are distributed over a wide band, it is possible to measure dominant frequencies exceeding the Nyquist frequency in the waveform signal.

（第４実施形態）
第４実施形態では、ローパスフィルタの系統とハイパスフィルタの系統との両方に波形信号が並列に分配される点が、第３実施形態との差分である。第４実施形態では、第３実施形態との差分を中心に説明する。 (Fourth embodiment)
The fourth embodiment differs from the third embodiment in that waveform signals are distributed in parallel to both the low-pass filter system and the high-pass filter system. 4th Embodiment demonstrates centering around the difference with 3rd Embodiment.

図１０は、第４実施形態における、計測装置１ｄの構成例を示す図である。計測装置１ｄは、周波数を計測する装置である。計測装置１ｄは、ローパスフィルタ１１と、アナログ・デジタル変換部１２－１と、アナログ・デジタル変換部１２－２と、高速フーリエ変換部１３－１と、高速フーリエ変換部１３－２と、計測部１４ａと、記憶装置１５と、出力部１６と、ハイパスフィルタ１７と、分配部１８とを備える。なお、ローパスフィルタ１１とハイパスフィルタ１７とのうちの少なくとも一方は、バンドパスフィルタでもよい。 FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a measuring device 1d in the fourth embodiment. The measuring device 1d is a device that measures frequency. The measurement device 1d includes a low-pass filter 11, an analog/digital conversion unit 12-1, an analog/digital conversion unit 12-2, a fast Fourier transform unit 13-1, a fast Fourier transform unit 13-2, and a measurement unit. 14 a , a storage device 15 , an output section 16 , a high-pass filter 17 and a distribution section 18 . At least one of the low-pass filter 11 and the high-pass filter 17 may be a band-pass filter.

分配部１８は、入力された波形信号を、ローパスフィルタ１１の系統とハイパスフィルタ１７の系統との両方に（並列に）分配する。ローパスフィルタ１１は、ナイキスト周波数以下の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２－１に出力する。アナログ・デジタル変換部１２－１には、波形信号がローパスフィルタ１１から入力される。高速フーリエ変換部１３－１は、ローパスフィルタ１１によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３－１は、制限周波数データ１００を計測部１４ｄに出力する。 The distribution unit 18 distributes the input waveform signal to both the low-pass filter 11 system and the high-pass filter 17 system (in parallel). The low-pass filter 11 outputs a waveform signal in a band below the Nyquist frequency to the analog/digital converter 12-1. A waveform signal is input from the low-pass filter 11 to the analog/digital converter 12-1. The fast Fourier transform unit 13-1 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal band-limited by the low-pass filter 11. FIG. The fast Fourier transform unit 13-1 outputs the limit frequency data 100 to the measurement unit 14d.

ハイパスフィルタ１７は、ナイキスト周波数以上の帯域の波形信号を、アナログ・デジタル変換部１２－２に出力する。アナログ・デジタル変換部１２－２には、波形信号がハイパスフィルタ１７から入力される。高速フーリエ変換部１３－２は、ハイパスフィルタ１７によって帯域が制限された波形信号に対して、高速フーリエ変換処理を実行する。高速フーリエ変換部１３は、制限周波数データ４００を計測部１４ｄに出力する。 The high-pass filter 17 outputs a waveform signal in a band above the Nyquist frequency to the analog/digital converter 12-2. A waveform signal is input from the high-pass filter 17 to the analog/digital converter 12-2. The fast Fourier transform unit 13-2 performs fast Fourier transform processing on the waveform signal band-limited by the high-pass filter 17. FIG. The fast Fourier transform unit 13 outputs the limit frequency data 400 to the measurement unit 14d.

計測部１４ｄは、制限周波数データ１００におけるピーク波形と制限周波数データ４００におけるピーク波形との有無の差分を、周波数ごとに抽出する。計測部１４ｄは、制限周波数データ４００において差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数（卓越周波数）を計測する。計測部１４ｄは、ナイキスト周波数を基準として、差分として抽出されたピーク波形１０３の周波数を折り返す。計測部１４ｄは、制限周波数データ１００と、折り返された周波数のピーク波形１０３のデータとを、出力部１６に出力する。 The measuring unit 14d extracts the difference between the peak waveform in the limit frequency data 100 and the peak waveform in the limit frequency data 400 for each frequency. The measurement unit 14 d measures the frequency (dominant frequency) of the peak waveform 103 extracted as the difference in the limit frequency data 400 . The measurement unit 14d repeats the frequency of the peak waveform 103 extracted as the difference with reference to the Nyquist frequency. The measurement unit 14 d outputs the limit frequency data 100 and the data of the peak waveform 103 of the folded frequency to the output unit 16 .

以上のように、分配部１８は、入力された波形信号を、ローパスフィルタ１１の系統とハイパスフィルタ１７の系統との両方に（並列に）分配する。これによって、波形信号の入力系統が切り替えられる必要がないので、短時間で変動する波形信号（定常的でない波形信号）においてナイキスト周波数を超える卓越周波数を計測することが可能である。 As described above, the distribution unit 18 distributes the input waveform signal to both the low-pass filter 11 system and the high-pass filter 17 system (in parallel). As a result, there is no need to switch the input system of the waveform signal, so it is possible to measure the dominant frequency exceeding the Nyquist frequency in the waveform signal that fluctuates in a short period of time (waveform signal that is not stationary).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design and the like are included within the scope of the gist of the present invention.

例えば、計測装置は、卓越周波数に基づいて計測対象の異常を診断してもよい。 For example, the measuring device may diagnose abnormalities in the measurement target based on the dominant frequency.

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…計測装置、１０…切替部、１１…ローパスフィルタ、１２…アナログ・デジタル変換部、１３…高速フーリエ変換部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…計測部、１５…記憶装置、１６…出力部、１７…ハイパスフィルタ、１８…分配部、１００…制限周波数データ、１０１…ピーク波形、１０２…ピーク波形、１０３…ピーク波形、１０４…ピーク波形、２００…非制限周波数データ、３００…計測周波数データ、４００…制限周波数データ 1a, 1b, 1c, 1d... Measuring device 10... Switching unit 11... Low-pass filter 12... Analog/digital conversion unit 13... Fast Fourier transform unit 14a, 14b, 14c, 14d... Measurement unit 15... Storage Apparatus 16 Output section 17 High-pass filter 18 Distribution section 100 Limited frequency data 101 Peak waveform 102 Peak waveform 103 Peak waveform 104 Peak waveform 200 Non-limited frequency data 300... Measurement frequency data, 400... Limit frequency data

Claims (6)

入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタと、
帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行部と、
前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換部と、
前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出部と
を備える計測装置。 a filter that limits the band of the input analog signal;
a sampling execution unit that generates a first digital signal based on the band-limited analog signal and a second digital signal based on the band-limited or unband-limited analog signal based on a sampling frequency;
a fast Fourier transform unit that generates the frequency distribution data of the first digital signal and the frequency distribution data of the second digital signal for a band equal to or lower than the Nyquist frequency based on the sampling frequency;
A difference or a common point between the presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the first digital signal and the presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the second digital signal is extracted for each frequency, and the Nyquist frequency is used as a reference, A measurement device comprising: an extractor that folds back the frequency of the peak waveform based on the difference or the common point. 前記サンプリング実行部は、前記ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と、帯域が制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを生成し、
前記抽出部は、前記第１デジタル信号の周波数分布データとの差分として前記第２デジタル信号の周波数分布データから抽出されたピーク波形の周波数を、前記ナイキスト周波数を基準として折り返す、
請求項１に記載の計測装置。 The sampling execution unit generates a first digital signal based on the analog signal whose band is limited to a band equal to or lower than the Nyquist frequency, and a second digital signal based on the analog signal whose band is not limited. death,
The extracting unit folds the frequency of the peak waveform extracted from the frequency distribution data of the second digital signal as a difference from the frequency distribution data of the first digital signal with reference to the Nyquist frequency,
The measuring device according to claim 1. 前記サンプリング実行部は、前記ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と、帯域が制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを生成し、
前記抽出部は、前記第２デジタル信号の周波数分布データとの共通点として前記第１デジタル信号の周波数分布データから抽出されたピーク波形の周波数を、前記ナイキスト周波数を基準として折り返す、
請求項１に記載の計測装置。 The sampling execution unit generates a first digital signal based on the analog signal whose band is limited to a band equal to or higher than the Nyquist frequency, and a second digital signal based on the analog signal whose band is not limited. death,
The extraction unit repeats the frequency of the peak waveform extracted from the frequency distribution data of the first digital signal as a common point with the frequency distribution data of the second digital signal, with the Nyquist frequency as a reference.
The measuring device according to claim 1. 前記サンプリング実行部は、前記ナイキスト周波数以下の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と、前記ナイキスト周波数以上の帯域となるように帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを生成し、
前記抽出部は、前記第１デジタル信号の周波数分布データとの差分として前記第２デジタル信号の周波数分布データから抽出されたピーク波形の周波数を、前記ナイキスト周波数を基準として折り返す、
請求項１に記載の計測装置。 The sampling execution unit generates a first digital signal based on the analog signal whose band is limited to a band equal to or lower than the Nyquist frequency, and the analog signal whose band is limited to a band equal to or higher than the Nyquist frequency. and a second digital signal based on
The extracting unit folds the frequency of the peak waveform extracted from the frequency distribution data of the second digital signal as a difference from the frequency distribution data of the first digital signal with reference to the Nyquist frequency,
The measuring device according to claim 1. 計測装置が実行する計測方法であって、
入力されたアナログ信号の帯域を制限するフィルタステップと、
帯域が制限された前記アナログ信号に基づく第１デジタル信号と帯域が制限された又は制限されていない前記アナログ信号に基づく第２デジタル信号とを、サンプリング周波数に基づいて生成するサンプリング実行ステップと、
前記第１デジタル信号の周波数分布データと前記第２デジタル信号の周波数分布データとを、前記サンプリング周波数に基づくナイキスト周波数以下の帯域について生成する高速フーリエ変換ステップと、
前記第１デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無と前記第２デジタル信号の周波数分布データにおけるピーク波形の有無との差分又は共通点を周波数ごとに抽出し、前記ナイキスト周波数を基準として、前記差分又は前記共通点に基づいてピーク波形の周波数を折り返す抽出ステップと
を含む計測方法。 A measurement method performed by a measurement device,
a filter step that limits the band of the input analog signal;
a sampling performing step of generating a first digital signal based on the band-limited analog signal and a second digital signal based on the band-limited or unband-limited analog signal based on a sampling frequency;
a fast Fourier transform step of generating the frequency distribution data of the first digital signal and the frequency distribution data of the second digital signal for a band below the Nyquist frequency based on the sampling frequency;
A difference or a common point between the presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the first digital signal and the presence or absence of a peak waveform in the frequency distribution data of the second digital signal is extracted for each frequency, and the Nyquist frequency is used as a reference, and an extracting step of folding the frequency of the peak waveform based on the difference or the common point. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the measuring device according to any one of claims 1 to 4.
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