JP2603758B2 - Cavitation noise detection method and device - Google Patents
Cavitation noise detection method and deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、艦船等の水中におけるプロペラ近傍に設け
られたセンサを用い、該センサ出力から、プロペラの回
転に伴い発生するキャビテーション雑音の検出を行うキ
ャビテーション雑音検出方法及びその装置に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention uses a sensor provided in the vicinity of a propeller in water of a ship or the like, and detects cavitation noise generated by rotation of the propeller from the sensor output. The present invention relates to a method and an apparatus for detecting cavitation noise.
（従来の技術） 従来、この種のキャビテーション検出方法及び装置と
しては、例えば第２図に示すようなものがあった。以
下、その構成を図を用いて説明する。(Prior Art) Conventionally, as this type of cavitation detection method and apparatus, for example, there has been one shown in FIG. Hereinafter, the configuration will be described with reference to the drawings.
第２図は、従来のキャビテーション雑音検出装置の一
構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a conventional cavitation noise detection device.
このキャビテーション雑音検出装置は、艦船等のプロ
ペラの回転に伴い発生するキャビテーション雑音を検出
するため、プロペラ近傍にセンサ１を設け、該センサ１
で受信した広帯域信号のレベルに基づきキャビテーショ
ン雑音を検出するようになっている。即ち、センサ１に
は、増幅器２が接続され、該増幅器２の出力側には、帯
域制限フィルタ３、サンプラ４、二乗算出器５、積分器
６、比較器７、及び出力端子８が接続されている。This cavitation noise detection device is provided with a sensor 1 near a propeller to detect cavitation noise generated by rotation of a propeller of a ship or the like.
Cavitation noise is detected on the basis of the level of the wideband signal received at (1). That is, an amplifier 2 is connected to the sensor 1, and a band limiting filter 3, a sampler 4, a square calculator 5, an integrator 6, a comparator 7, and an output terminal 8 are connected to an output side of the amplifier 2. ing.
この種のキャビテーション雑音検出装置では、プロペ
ラ近傍の広帯域信号をセンサ１で受信し、その受信信号
を増幅器２で適正なレベルまで増幅する。増幅器２の出
力のうち、不用な周波数成分を帯域制限フィルタ３で除
去した後、サンプラ４により、該帯域制限フィルタ３か
ら出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換し、
二乗算出器５へ送る。In this type of cavitation noise detection device, a broadband signal near a propeller is received by a sensor 1 and the received signal is amplified by an amplifier 2 to an appropriate level. After removing unnecessary frequency components from the output of the amplifier 2 with the band limiting filter 3, the analog signal output from the band limiting filter 3 is converted into a digital signal by the sampler 4,
It is sent to the square calculator 5.
二乗算出器５は、サンプラ４の出力の二乗値を算出す
ることにより、前記広帯域信号の時刻tkにおける強度
（これを「瞬時パワー」という）Ｐ（ｋ）を求め、積分
器６へ送る。積分器６は、瞬時パワーＰ（ｋ）を積分す
ることにより、前記広帯域信号の長時間積分パワー
（ｋ）を求め、比較器７へ出力する。比較器７は、積分
器６の出力とキャビテーション雑音発生判定のための閾
値THLとの比較を行い、長時間積分パワー（ｋ）が閾
値THLを越えた時には、キャビテーション雑音検出信号
を出力端子８へ出力する。Square calculator 5, by calculating the square value of the output of the sampler 4, the intensity at time t k of the wideband signal (this is called "instantaneous power") seek P (k), sent to the integrator 6. The integrator 6 obtains the long-term integrated power (k) of the broadband signal by integrating the instantaneous power P (k), and outputs it to the comparator 7. The comparator 7 compares the output of the integrator 6 with a threshold THL for determining the occurrence of cavitation noise. When the long-term integration power (k) exceeds the threshold THL, the comparator 7 outputs a cavitation noise detection signal to the output terminal 8. Output.
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のキャビテーション雑音検出方法
及びその装置では、広帯域信号の長時間積分パワー
（ｋ）のみで、キャビテーション雑音発生の検出を行う
ため、次のような課題があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional cavitation noise detection method and apparatus thereof, since the generation of cavitation noise is detected only by the long-term integrated power (k) of the wideband signal, the following problems are encountered. there were.
（ａ）艦船等の機械雑音や、水中の雑音信号源等による
背景雑音レベルが高い場合、キャビテーション雑音が発
生していなくても、広帯域信号の長時間積分パワー
（ｋ）が比較器７の閾値THLを越えるようになり、誤警
報が多くなる。(A) When the background noise level due to a mechanical noise of a ship or the like or an underwater noise signal source or the like is high, the long-term integrated power (k) of the wideband signal is equal to the threshold value of the comparator 7 even if no cavitation noise is generated. Exceeds THL and increases false alarms.
（ｂ）経年変化により、艦船等の機械的特性が変化する
と、製造時に設定した閾値THLが合わなくなり、誤警報
が多くなったり、あるいはキャビテーション雑音の探知
率が低下する。(B) When the mechanical characteristics of a ship or the like change due to aging, the threshold value THL set at the time of manufacture does not match, so that false alarms increase or the detection rate of cavitation noise decreases.
従って、従来の技術では、技術的に充分満足のゆくキ
ャビテーション雑音検出方法及び装置を得ることが困難
であった。Therefore, it has been difficult to obtain a cavitation noise detection method and device that are technically sufficiently satisfactory with the conventional technology.
本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、背
景雑音レベルが高い場合に誤警報が多くなる点と、艦船
等の特性の経年変化により、閾値がキャビテーション雑
音発生レベルと合わなくなって誤警報が多くなったり、
あるいは探知率が低下するという点について解決したキ
ャビテーション雑音検出方法及びその装置を提供するも
のである。The present invention has a problem that the prior art has a problem that the number of false alarms increases when the background noise level is high and that the threshold value does not match the cavitation noise generation level due to aging of characteristics of a ship or the like. Increase,
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for detecting cavitation noise which solve the problem that the detection rate decreases.
（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するために、第１の発明は、水中のプ
ロペラ近傍の広帯域信号をセンサで受信し、該広帯域信
号に基づき、前記プロペラの回転に伴い発生するキャビ
テーション雑音を検出するキャビテーション雑音検出方
法において、キャビテーション雑音発生時には該広帯域
信号の高周波成分のレベル変動が大きくなることに着目
し、次のように構成している。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is to receive a wideband signal near a propeller underwater by a sensor and generate the signal with the rotation of the propeller based on the wideband signal. In the cavitation noise detection method for detecting cavitation noise, attention is paid to the fact that the level fluctuation of the high-frequency component of the wideband signal becomes large when cavitation noise is generated, and is configured as follows.
即ち、前記センサで受信された広帯域信号を低周波成
分と高周波成分に分割し、前記分割された低周波成分及
び高周波成分毎にレベル変動を算出し、前記低周波成分
と高周波成分のレベル変動比を算出してその算出結果を
所定の閾値と比較することにより、前記キャビテーショ
ン雑音の検出を行うようにしたものである。That is, the broadband signal received by the sensor is divided into a low-frequency component and a high-frequency component, a level variation is calculated for each of the divided low-frequency component and high-frequency component, and a level variation ratio between the low-frequency component and the high-frequency component is calculated. Is calculated, and the calculated result is compared with a predetermined threshold value to detect the cavitation noise.
第２の発明は、センサで受信した広帯域信号に基づき
キャビテーション雑音を検出するキャビテーション雑音
検出装置において、前記第１の発明と同様に、キャビテ
ーション雑音発生時には該広帯域信号の高周波成分のレ
ベル変動が大きくなることに着目し、次のような手段を
設けたものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a cavitation noise detection device for detecting cavitation noise based on a wideband signal received by a sensor. As in the first aspect, when cavitation noise occurs, the level variation of a high-frequency component of the wideband signal increases. Focusing on this, the following means are provided.
即ち、この第２の発明では、前記センサで受信された
広帯域信号を低周波成分と高周波成分に分割する周波数
分割手段と、前記周波数分割手段の出力の二乗値を算出
し、その算出結果の分散値を算出して低周波成分及び高
周波成分毎にレベル変動を求めるレベル変動算出手段
と、前記レベル変動算出手段の出力に基づいて前記低周
波成分と高周波成分のレベル変動比を算出するレベル変
動比算出手段と、前記レベル変動比算出手段の出力を所
定の閾値と比較してその比較結果に基づきキャビテーシ
ョン雑音検出信号を出力する比較手段とを、備えてい
る。That is, in the second invention, a frequency dividing means for dividing the wideband signal received by the sensor into a low-frequency component and a high-frequency component, and a square value of an output of the frequency dividing means are calculated. A level fluctuation calculating means for calculating a value to obtain a level fluctuation for each of the low frequency component and the high frequency component; and a level fluctuation ratio for calculating a level fluctuation ratio between the low frequency component and the high frequency component based on an output of the level fluctuation calculating means. Calculating means, and comparing means for comparing the output of the level fluctuation ratio calculating means with a predetermined threshold value and outputting a cavitation noise detection signal based on the comparison result.
（作 用） 第１の発明によれば、以上のようにキャビテーション
雑音検出方法を構成したので、プロペラ近傍の広帯域信
号がセンサで検出され、その検出信号が高周波成分と低
周波成分に分割される。分割された低周波成分と高周波
成分は、その両成分毎にレベル変動が算出され、その算
出された低周波成分のレベル変動と高周波成分のレベル
変動とのレベル変動比が求められ、該レベル変動比が閾
値と比較されてキャビテーション雑音の検出が行われ
る。これにより、周囲環境及び経年変化等に関係なく、
精度の高いキャビテーション雑音の検出が行える。(Operation) According to the first invention, the cavitation noise detection method is configured as described above, so that a wideband signal near the propeller is detected by the sensor, and the detection signal is divided into a high frequency component and a low frequency component. . For the divided low-frequency component and high-frequency component, the level fluctuation is calculated for each of the two components, and the level fluctuation ratio between the calculated low-frequency component level fluctuation and the calculated high-frequency component level fluctuation is obtained. The ratio is compared with a threshold to detect cavitation noise. As a result, regardless of the surrounding environment and aging,
Highly accurate cavitation noise can be detected.
第２の発明によれば、センサで受信された広帯域信号
が、周波数分割手段によって低周波成分と高周波成分に
分割される。該分割された低周波成分と高周波成分は、
レベル変動算出手段により、二乗値が算出され、その算
出結果の分散値より、該低周波成分及び高周波成分毎に
レベル変動が求められる。このレベル変動から、レベル
変動比算出手段によって低周波成分と高周波成分のレベ
ル変動比が算出され、比較手段によって閾値と比較さ
れ、該比較結果に基づきキャビテーション雑音検出信号
の出力が行われる。According to the second aspect, the wideband signal received by the sensor is divided into a low frequency component and a high frequency component by the frequency dividing means. The divided low frequency component and high frequency component are
The square value is calculated by the level change calculating means, and the level change is obtained for each of the low frequency component and the high frequency component from the variance value of the calculation result. From this level fluctuation, the level fluctuation ratio between the low frequency component and the high frequency component is calculated by the level fluctuation ratio calculating means, compared with a threshold value by the comparing means, and a cavitation noise detection signal is output based on the comparison result.
従って、前記課題を解決できるのである。 Therefore, the above problem can be solved.
（実施例） 第１図は、本発明の第１の実施例を示すもので、キャ
ビテーション雑音検出方法を説明するためのキャビテー
ション雑音検出装置の機能ブロック図である。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention and is a functional block diagram of a cavitation noise detection device for explaining a cavitation noise detection method.
このキャビテーション雑音検出装置は、艦船等のプロ
ペラ近傍に設けられたハイドロホン等からなるセンサ11
を備え、該センサ11には、増幅器12を介して周波数分割
手段13が接続されている。周波数分割手段13は、増幅器
12の出力を低周波成分と高周波成分に分割する機能を有
し、高周波側帯域制限フィルタ13a及び低周波側帯域制
限フィルタ13bより構成され、それらの出力側にレベル
変動算出手段14が接続されている。This cavitation noise detection device is a sensor 11 composed of a hydrophone or the like provided near the propeller of a ship or the like.
And a frequency division means 13 is connected to the sensor 11 via an amplifier 12. The frequency dividing means 13 includes an amplifier
It has a function of dividing the output of 12 into a low-frequency component and a high-frequency component, and is composed of a high-frequency band-limiting filter 13a and a low-frequency band-limiting filter 13b. I have.
レベル変動算出手段14は、分割された低周波成分及び
高周波成分毎にレベル変動を算出する機能を有し、高周
波側の瞬時パワー算出器14a及び分散値算出器14cと、低
周波側の瞬時パワー算出器14b及び分散値算出器14dと
で、構成されている。瞬時パワー算出器14a,14bは、帯
域制限フィルタ13a,13bの出力の二乗値を算出する回路
であり、さらに分散値算出器14c,14dは該瞬時パワー算
出器14a,14bの出力より各周波数帯域の平均値及び分散
の平均を求める回路であり、その出力側には、レベル変
動比算出手段であるレベル変動比算出器15が接続されて
いる。The level fluctuation calculating means 14 has a function of calculating a level fluctuation for each of the divided low frequency component and high frequency component, and includes an instantaneous power calculator 14a and a variance value calculator 14c on the high frequency side, and an instantaneous power on the low frequency side. It is composed of a calculator 14b and a variance value calculator 14d. The instantaneous power calculators 14a and 14b are circuits for calculating the square values of the outputs of the band limiting filters 13a and 13b, and the variance calculators 14c and 14d calculate the respective frequency bands from the outputs of the instantaneous power calculators 14a and 14b. Is a circuit for calculating the average of the variance and the average of the variance, and a level fluctuation ratio calculator 15 as level fluctuation ratio calculating means is connected to the output side.
レベル変動比算出器15は、分散値算出器14c,14dの出
力より、レベル変動比の平均を求める回路であり、その
出力側には、比較手段である比較器16が接続されてい
る。比較器16は、レベル変動比算出器15の出力を所定の
閾値THLと比較し、その比較結果に基づきキャビテーシ
ョン雑音検出信号を出力端子17へ出力する回路である。The level variation ratio calculator 15 is a circuit for calculating the average of the level variation ratios from the outputs of the variance value calculators 14c and 14d, and a comparator 16 as a comparison means is connected to the output side. The comparator 16 is a circuit that compares the output of the level variation ratio calculator 15 with a predetermined threshold THL, and outputs a cavitation noise detection signal to the output terminal 17 based on the comparison result.
第３図は、第１図に示す高周波側帯域制限フィルタ13
a及び低周波側帯域制限フィルタ13bを説明する図であ
る。この帯域制限フィルタ13a,13bは、キャビテーショ
ン雑音の特徴を捕えやすいように、複数の帯域通過域Bl
1〜BlNl,Bh1〜BhNhで構成されている。該帯域制限フィ
ルタ13a,13bは、アナログのバンドパスフィルタで構成
したり、あるいは増幅器12の出力をディジタル化してデ
ィジタルフィルタとして構成してもよい。FIG. 3 is a block diagram of the high-frequency side band limiting filter 13 shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a and a low-frequency side band limiting filter 13b. The band-limiting filters 13a and 13b include a plurality of band-pass bands Bl so as to easily capture the characteristics of cavitation noise.
1 to BlNl and Bh1 to BhNh. The band-limiting filters 13a and 13b may be configured as analog band-pass filters, or may be configured as digital filters by digitizing the output of the amplifier 12.
以上のように構成されるキャビテーション雑音検出装
置のキャビテーション雑音検出方法について説明する。A cavitation noise detection method of the cavitation noise detection device configured as described above will be described.
艦船等の水中のプロペラが回転すると、該プロペラ近
傍の広帯域信号がセンサ11で検出され、その検出された
広帯域信号が増幅器12で適当なレベル毎に増幅され、高
周波側帯域制限フィルタ13a及び低周波側帯域制限フィ
ルタ13bへ送られる。When an underwater propeller of a ship or the like rotates, a broadband signal near the propeller is detected by a sensor 11, and the detected wideband signal is amplified at an appropriate level by an amplifier 12, and a high frequency side band limiting filter 13a and a low frequency The signal is sent to the side band limiting filter 13b.
高周波側帯域制限フィルタ13aでは、増幅器12の出力
を複数の帯域に分割し、その分割された信号が各帯域毎
に瞬時パワー算出器14aへ入力される。瞬時パワー算出
器14aでは、各帯域毎に高周波側帯域制限フィルタ13aの
出力の二乗値（これを「瞬時パワー」という）Phj
（ｋ）（j;帯域番号,j＝1,2,…,Nh）を算出し、その算
出結果を分散値算出器14cへ出力する。分散値算出器14c
では、瞬時パワー算出器14aからの瞬時パワーPhj（ｋ）
を用いて、次式（１）（２）により、各帯域の平均値m
hj（ｋ）、及び分散の平均σ2 hj（ｋ）を求める。In the high-frequency side band limiting filter 13a, the output of the amplifier 12 is divided into a plurality of bands, and the divided signals are input to the instantaneous power calculator 14a for each band. In the instantaneous power calculator 14a, the square value of the output of the high-frequency side band limiting filter 13a for each band (this is referred to as “instantaneous power”) Phj
(K) Calculate (j; band number, j = 1, 2,..., Nh) and output the calculation result to the variance calculator 14c. Variance calculator 14c
Now, the instantaneous power Phj (k) from the instantaneous power calculator 14a
And the average value m of each band by the following equations (1) and (2).
hj (k) and the average variance σ 2 hj (k) are obtained.
mhj（ｋ）＝（１−α）mhj（ｋ−１） ＋α・Phj（ｋ） …（１） σ2 hj（ｋ）＝（１−α）σ2 hj（ｋ−１） ＋α［Phj（ｋ）−mhj （ｋ）］２＋（１−α）［mhj （ｋ）−mhj（ｋ−１）］２ …（２） 但し、αは定数、ｊ＝1,2,…,Nh この平均値mhj（ｋ）及び分散の平均σ2 hj（ｋ）を求
めるレベル変動算出手段14において、平均を求める手段
として指数平滑法を用いているが、時間方向にＮ個のサ
ンプルを集め、単純に加算して1/N倍する単純平均でも
良い。m hj (k) = (1−α) m hj (k−1) + α · P hj (k) (1) σ 2 hj (k) = (1−α) σ 2 hj (k−1) + α [P hj (k) −m hj (k)] 2 + (1−α) [m hj (k) −m hj (k−1)] 2 (2) where α is a constant, j = 1, 2,..., Nh In the level variation calculating means 14 for calculating the average value m hj (k) and the average variance σ 2 hj (k), the exponential smoothing method is used as the means for calculating the average. A simple average of collecting a number of samples, simply adding them, and multiplying by 1 / N may be used.
さらに、分散値算出器14cでは、その各帯域の分散の
平均σ2 hj（ｋ）を用いて、次式（３）により、帯域間
で平均をとることにより、高周波側の分散の平均 を求め、該 をレベル変動比算出器15へ出力する。Further, the variance calculator 14c uses the average σ 2 hj (k) of the variance of each band and calculates the average of the variance on the high frequency side by taking the average between the bands according to the following equation (3). And the said Is output to the level variation ratio calculator 15.
同様に、低周波側帯域制限フィルタ13bの出力も、瞬
時パワー算出器14bで二乗出力Plj（ｋ）（j;1,2,…,N
l）を求め、分散値算出器14dで平均値mlj（ｋ）、分散
の平均 及び低周波側の分散の平均 を求めた後、該 をレベル変動比算出器15へ出力する。 Similarly, the output of the low-frequency side band limiting filter 13b is also calculated by the instantaneous power calculator 14b as the squared output Plj (k) (j; 1,2, ..., N
l) is obtained, and the variance calculator 14d calculates the average value m lj (k) and the average of the variance. And the average of the variance on the low frequency side After obtaining Is output to the level variation ratio calculator 15.
レベル変動比算出器15では、分散値算出器14c,14dの
出力 を用いてレベル変動比γ（ｋ）及びその平均γ（ｋ）を
次式（４），（５）で求め、レベル変動比の平均
（ｋ）を比較器16へ出力する。In the level fluctuation ratio calculator 15, the outputs of the variance value calculators 14c and 14d Is used to determine the level variation ratio γ (k) and its average γ (k) by the following equations (4) and (5), and output the average (k) of the level variation ratio to the comparator 16.
（ｋ）＝（１−β）・（ｋ−１）＋β・γ （ｋ） …（５） 比較器16は、レベル変動比算出器15からの出力γ
（ｋ）と所定の域値THLとを比較し、 （ｋ）＝σ2 h（ｋ）／σ2 l（ｋ）≧THL 又は （ｋ）＝σ2 l（ｋ）／σ2 h（ｋ）≦THL …（６） の場合、キャビテーション雑音検出信号を出力端子17へ
出力する。 (K) = (1−β) · (k−1) + β · γ (k) (5) The comparator 16 outputs the output γ from the level fluctuation ratio calculator 15.
(K) is compared with a predetermined threshold value THL, and (k) = σ 2 h (k) / σ 2 l (k) ≧ THL or (k) = σ 2 l (k) / σ 2 h (k ) ≦ THL (6): A cavitation noise detection signal is output to the output terminal 17.
本実施例では、キャビテーション雑音の特徴として、
高周波側のレベル変動が低周波側のレベル変動に比べて
大きくなるという特徴に着目し、センサ11で受信したプ
ロペラ近傍の広帯域信号を周波数分割手段13で高周波成
分と低周波成分に分割し、レベル変動算出手段14、レベ
ル変動比算出器15及び比較器16により、両成分のレベル
変動比からキャビテーション雑音の検出を行うようにし
ている。そのため、周囲雑音のレベル及び艦船の特性の
経年変化等にほとんど影響を受けずに、キャビテーショ
ン雑音を検出でき、誤警報をなくすことができると共
に、キャビテーション雑音発生の探知率を向上できる。
しかも、周囲雑音に影響されないことから、比較器16の
域値THLも容易に決定することができる。In the present embodiment, as a feature of the cavitation noise,
Focusing on the feature that the level fluctuation on the high frequency side becomes larger than the level fluctuation on the low frequency side, the broadband signal near the propeller received by the sensor 11 is divided into a high frequency component and a low frequency The cavitation noise is detected from the level fluctuation ratio of both components by the fluctuation calculating means 14, the level fluctuation ratio calculator 15 and the comparator 16. For this reason, cavitation noise can be detected without being largely affected by the ambient noise level and the secular change of the characteristics of the ship, false alarms can be eliminated, and the detection rate of cavitation noise generation can be improved.
In addition, since the threshold value THL of the comparator 16 is not affected by the ambient noise, the threshold value THL of the comparator 16 can be easily determined.
第４図は、本発明の第２の実施例を示すもので、キャ
ビテーション雑音検出方法を説明するためのキャビテー
ション雑音検出装置の機能ブロック図であり、第１図中
の要素と同一の要素には同一の符号が付されている。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention and is a functional block diagram of a cavitation noise detection device for explaining a cavitation noise detection method. The same elements as those in FIG. The same reference numerals are given.
このキャビテーション雑音検出装置では、第１図の周
波数分割手段13に代えて、構成の異なる周波数分割手段
23が設けられている。In this cavitation noise detecting device, a frequency dividing means having a different configuration is used instead of the frequency dividing means 13 in FIG.
23 are provided.
周波数分割手段23は、増幅器12の出力を低周波成分と
高周波成分に分割するものであり、増幅器12の出力の内
の不要な帯域を除去する帯域制限フィルタ23aと、該帯
域制限フィルタ23aの出力をディジタル信号に変換する
サンプラ23bと、該サンプラ23bの出力に対して周波数の
分析を行う周波数分析器23cと、該周波数分析器23cの出
力に対してキャビテーション雑音の特徴を有しているbi
nを選択し、その選択結果をレベル変動算出手段14へ与
えるbin選択器23dとで、構成されている。The frequency dividing means 23 divides the output of the amplifier 12 into a low frequency component and a high frequency component, and removes an unnecessary band from the output of the amplifier 12, and an output of the band limiting filter 23 a. To a digital signal, a frequency analyzer 23c that analyzes the frequency of the output of the sampler 23b, and a bi that has the characteristics of cavitation noise for the output of the frequency analyzer 23c.
and a bin selector 23d for selecting n and providing the selection result to the level variation calculating means 14.
以上のように構成されるキャビテーション雑音検出装
置を用いたキャビテーション雑音検出方法について説明
する。A cavitation noise detection method using the cavitation noise detection device configured as described above will be described.
センサ11で受信した広帯域信号は、増幅器12で適当な
レベルに増幅される。この増幅された広帯域信号は、帯
域制限フィルタ23aで不要な帯域を除去した後、サンプ
ラ23bでディジタル化され、周波数分析器23cへ送られ
る。周波数分析器23cでは、サンプラ23bでディジタル化
された広帯域信号に対して高速フーリエ変換等の手法を
用い、所定の分析幅で複数の周波数binに分割し、その
分割結果をbin選択器23dへ出力する。The broadband signal received by the sensor 11 is amplified by the amplifier 12 to an appropriate level. The amplified broadband signal is subjected to unnecessary band removal by a band limiting filter 23a, digitized by a sampler 23b, and sent to a frequency analyzer 23c. The frequency analyzer 23c divides the wideband signal digitized by the sampler 23b into a plurality of frequencies bins with a predetermined analysis width using a method such as fast Fourier transform, and outputs the division result to the bin selector 23d. I do.
bin選択器23dでは周波数分析器23cからの信号に対
し、キャビテーション雑音の特徴を有している周波数bi
nを選択し、該binが高周波側に属している場合にはその
選択結果を瞬時パワー算出器14aへ、低周波側に属して
いる場合には瞬時パワー算出器14bへ、それぞれ出力す
る。ここで、周波数binの選択法の一例としては、事前
にキャビテーション雑音の分析を行い、キャビテーショ
ン雑音の特徴が大きく現れるbin番号を事前に設定して
おく方法等がある。In the bin selector 23d, the frequency bi having the characteristic of cavitation noise is applied to the signal from the frequency analyzer 23c.
n is selected, and when the bin belongs to the high frequency side, the selection result is output to the instantaneous power calculator 14a, and when the bin belongs to the low frequency side, it is output to the instantaneous power calculator 14b. Here, as an example of a method of selecting a frequency bin, there is a method in which cavitation noise is analyzed in advance, and a bin number in which characteristics of the cavitation noise largely appear is set in advance.
瞬時パワー算出器14aは、bin選択器23dからの信号χ
（fhj）、（ｊ＝1,2,…,Nh）を用い、次式（７）によ
り、高周波側の瞬時パワーPhj（ｋ）を求め、分散値算
出器14cへ出力する。The instantaneous power calculator 14a receives the signal from the bin selector 23d.
Using (f hj ) and (j = 1, 2,..., Nh), the instantaneous power Phj (k) on the high frequency side is obtained by the following equation (7) and output to the variance calculator 14c.
Phj（ｋ）＝｜χ（fhj）|2 …（７） ｊ＝1,2,…,Nh 同様に、瞬時パワー算出器14bでは、bin選択器23dか
らの信号χ（flj）、（ｊ＝1,2,…,Nl）を用い、低周波
側の瞬時パワーPlj（ｋ）を求め、分散値算出器14dへ出
力する。その後、前記第１の実施例と同様に、レベル変
動比算出器15及び比較器16により、前記（６）式の条件
を満たすときには、キャビテーション雑音検出信号を出
力端子17へ出力する。これにより、前記第１の実施例と
ほぼ同様の利点が得られる。P hj (k) = | χ (f hj ) | 2 (7) j = 1,2,..., Nh Similarly, in the instantaneous power calculator 14b, the signal χ (f lj ) from the bin selector 23d, Using (j = 1, 2,..., Nl), the instantaneous power P lj (k) on the low frequency side is obtained and output to the variance calculator 14d. Thereafter, as in the first embodiment, the cavitation noise detection signal is output to the output terminal 17 by the level fluctuation ratio calculator 15 and the comparator 16 when the condition of the expression (6) is satisfied. Thereby, substantially the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
なお、本発明は上記実施例に限定されず、例えば第１
図及び第４図の各回路ブロックを、個別回路で構成する
以外に、プロセッサを用いたプログラム制御等により実
行する構成にしたり、あるいは周波数分割手段13,23及
びレベル変動算出手段14を、図示以外の回路構成にする
等、種々の変形が可能である。Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment.
Each circuit block shown in FIG. 4 and FIG. 4 may be configured to be executed by a program control using a processor or the like in addition to the individual circuit, or the frequency dividing units 13 and 23 and the level variation calculating unit 14 may be configured as shown in FIG. Various modifications are possible, such as adopting the circuit configuration of FIG.
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、第１及び第２の発明によ
れば、センサで受信したプロペラ近傍の広帯域信号を高
周波成分と低周波成分に分割し、両成分のレベル変動比
からキャビテーション雑音の検出を行うようにしたの
で、周囲雑音のレベル及び艦船等の特性の経年変化等に
ほとんど影響を受けずに、キャビテーション雑音の検出
が精度良く行える。これにより、誤警報をなくすことが
できると共に、キャビテーション雑音検出の探知率が向
上する。さらに、周囲雑音に影響されないことから、キ
ャビテーション雑音発生判定のための閾値も容易に決定
できる。(Effect of the Invention) As described in detail above, according to the first and second inventions, the wideband signal near the propeller received by the sensor is divided into a high-frequency component and a low-frequency component, and the level variation ratio of both components , The cavitation noise can be detected with high accuracy without being substantially affected by the level of the ambient noise and the secular change of the characteristics of the ship or the like. This can eliminate false alarms and improve the detection rate of cavitation noise detection. Further, since it is not affected by ambient noise, a threshold value for cavitation noise occurrence determination can be easily determined.
従って、第１のキャビテーション雑音検出方法では、
精度の良い雑音検出が行え、さらに第２の発明では、構
成が簡単で、信頼性の高いキャビテーション雑音検出装
置が得られる。Therefore, in the first cavitation noise detection method,
In the second invention, a highly reliable cavitation noise detection device having a simple configuration can be obtained.
第１図は本発明の第１の実施例を示すキャビテーション
雑音検出方法を説明するためのキャビテーション雑音検
出装置の機能ブロック図、第２図は従来のキャビテーシ
ョン雑音検出方法を説明するためのキャビテーション雑
音検出装置の構成ブロック図、第３図は第１図に示す帯
域制限フィルタを説明する図、第４図は本発明の第２の
実施例のキャビテーション雑音検出方法を説明するため
のキャビテーション雑音検出装置の機能ブロック図であ
る。 11……センサ、13……周波数分割手段、13a……高周波
側帯域制限フィルタ、13b……低周波側帯域制限フィル
タ、14……レベル変動算出手段、14a,14b……瞬時パワ
ー算出器、14c,14d……分散値算出器、15……レベル変
動比算出器、16……比較器、23……周波数分割手段、23
a……帯域制限フィルタ、23b……サンプラ、23c……周
波数分析器、23d……bin選択器。FIG. 1 is a functional block diagram of a cavitation noise detection device for explaining a cavitation noise detection method according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cavitation noise detection device for explaining a conventional cavitation noise detection method. FIG. 3 is a diagram for explaining the band limiting filter shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a block diagram of the cavitation noise detection device for explaining the cavitation noise detection method according to the second embodiment of the present invention. It is a functional block diagram. 11 sensor 13 frequency dividing means 13a high frequency band limiting filter 13b low frequency band limiting filter 14 level fluctuation calculating means 14a and 14b instantaneous power calculator 14c , 14d: variance value calculator, 15: level fluctuation ratio calculator, 16: comparator, 23: frequency dividing means, 23
a ... band-limiting filter, 23b ... sampler, 23c ... frequency analyzer, 23d ... bin selector.
Claims (2)
で受信し、該広帯域信号に基づき、前記プロペラの回転
に伴い発生するキャビテーション雑音を検出するキャビ
テーション雑音検出方法において、 前記センサで受信された広帯域信号を低周波成分と高周
波成分に分割し、 前記分割された低周波成分及び高周波成分毎にレベル変
動を算出し、 前記低周波成分と高周波成分のレベル変動比を算出して
その算出結果を所定の閾値と比較することにより、 前記キャビテーション雑音の検出を行うことを特徴とす
るキャビテーション雑音検出方法。1. A cavitation noise detection method for receiving a wideband signal near a propeller in water by a sensor and detecting cavitation noise generated by rotation of the propeller based on the wideband signal, wherein the broadband signal received by the sensor is provided. The signal is divided into a low-frequency component and a high-frequency component, a level variation is calculated for each of the divided low-frequency component and the high-frequency component, a level variation ratio between the low-frequency component and the high-frequency component is calculated, and the calculation result is determined. Detecting the cavitation noise by comparing the cavitation noise with a threshold value.
で受信し、該広帯域信号に基づき、前記プロペラの回転
に伴い発生するキャビテーション雑音を検出するキャビ
テーション雑音検出装置において、 前記センサで受信された広帯域信号を低周波成分と高周
波成分に分割する周波数分割手段と、 前記周波数分割手段の出力の二乗値を算出し、 その算出結果の分散値を算出して低周波成分及び高周波
成分毎にレベル変動を求めるレベル変動算出手段と、 前記レベル変動算出手段の出力に基づいて前記低周波成
分と高周波成分のレベル変動比を算出するレベル変動比
算出手段と、 前記レベル変動比算出手段の出力を所定の閾値と比較し
てその比較結果に基づきキャビテーション雑音検出信号
を出力する比較手段とを、 備えたことを特徴とするキャビテーション雑音検出装
置。2. A cavitation noise detection device which receives a wideband signal near an underwater propeller by a sensor and detects cavitation noise generated by rotation of the propeller based on the wideband signal, wherein the broadband signal received by the sensor is provided. Frequency dividing means for dividing a signal into a low frequency component and a high frequency component; calculating a square value of an output of the frequency dividing means; calculating a variance value of the calculation result to calculate a level variation for each of the low frequency component and the high frequency component Level fluctuation calculating means to be obtained; level fluctuation ratio calculating means for calculating a level fluctuation ratio between the low frequency component and high frequency component based on the output of the level fluctuation calculating means; and a predetermined threshold value for an output of the level fluctuation ratio calculating means. And a comparing means for outputting a cavitation noise detection signal based on the comparison result. Cavitation noise detection apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34065090A JP2603758B2 (en) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Cavitation noise detection method and device |
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|---|---|
| JPH04208823A JPH04208823A (en) | 1992-07-30 |
| JP2603758B2 true JP2603758B2 (en) | 1997-04-23 |
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