JP2624789B2 - 機器の異常診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は，機器が発生する音を監視することによっ
て，機器の異常を遠隔的に診断できるようにした機器の
異常診断装置に関する。

（従来の技術） 多くの機器は，異常が発生すると正常運転時とは異な
った音を発生する。このようなことから，従来，機器が
発生する音を監視することによって，機器の異常を遠隔
的に診断できるようにした機器の異常診断装置が考えら
れている。このような機器の異常診断装置は，通常，機
器の近傍に音響センサを設けるとともに音響センサとは
離れた位置に音響センサの出力信号を処理する信号処理
装置を設けている。信号処理装置は，音響センサの出力
信号のオーバーオールレベルがある一定レベルを越えた
とき異常と判定してメッセージを出すように構成されて
いる。

しかしながら，上記のように構成された従来の機器の
異常診断装置にあっては，次のような問題があった。す
なわち，従来の装置では音響センサの出力信号のオーバ
ーオールレベルを監視している。このような方式では，
耳で聞いて明らかに異常が発生していると思われる場合
でも，レベル差そのものが小さいときには異常メッセー
ジが出ない。したがって，信頼性に欠ける問題があっ
た。また，構内放送等の外乱音に応答して異常メッセー
ジを出し易く，誤動作が多いと言う問題もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く，従来の機器の異常診断装置にあっては，
異常音に対する検出感度が低く，しかも外乱音によって
誤動作する問題があった。

そこで本発明は，異常音に対する検出感度を向上させ
ることができる機器の異常診断装置を提供することを目
的としており，さらに加えて外乱音による誤動作の少な
い機器の異常診断装置を提供することを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために，本発明は，機器の近傍に
配置された音響センサと，この音響センサとは離れた位
置に配置されて上記音響センサの出力信号に基づいて機
器の異常を判定報知する信号処理装置とを備えた機器の
異常診断装置において，前記信号処理装置は，前記音響
センサの出力信号を各周波数成分に分ける周波数分析器
と，この周波数分析器によって分けられた各信号成分の
うちの予め指定された周波数帯域の信号成分だけを取出
す手段と，この手段によって取出された信号成分の合成
レベルを算出する合成レベル算出手段と，この手段によ
って算出された合成レベルと基準レベルとを比較し，差
が一定以上のときに異常判定信号を出力する第１の比較
判定手段と，前記合成レベル算出手段によって算出され
た合成レベルと所定時間前に算出された合成レベルとを
比較し，差が一定以上のときに信号を出力する第２の比
較判定手段と，この第２の比較判定手段および前記第１
の比較判定手段の出力を導入して必要な報知動作を行う
報知手段とを備えていることを特徴としている。

また，上記目的を達成するために，本発明は，機器の
近傍に配置された音響センサと，この音響センサとは離
れた位置に配置されて上記音響センサの出力信号に基づ
いて機器の異常を判定報知する信号処理装置とを備えた
機器の異常診断装置において，前記信号処理装置は，前
記音響センサから連続的に送出される出力信号のうちの
レベルが一定以上で，かつ継続時間が一定以内の条件を
満たした期間の信号だけを通過させる手段と，この手段
を通過した信号を各周波数成分に分ける周波数分析器
と，この周波数分析器によって分けられた各信号成分の
うちの予め指定された周波数帯域の信号成分だけを取出
す手段と，この手段によって取出された信号成分の合成
レベルを算出する合成レベル算出手段と，この手段によ
って算出された合成レベルと基準レベルとを比較し，差
が一定以上のときに異常判定信号を出力する第１の比較
判定手段と，前記合成レベル算出手段によって算出され
た合成レベルと所定時間前に算出された合成レベルとを
比較し，差が一定以上のときに信号を出力する第２の比
較判定手段と，この第２の比較判定手段および前記第１
の比較判定手段の出力を導入して必要な報知動作を行う
報知手段とを備えていることを特徴としている。

（作 用） 機器に異常が発生すると，機器から発生する音が変化
する。この変化する音の周波数帯域はその機器によって
決まる場合が多い。たとえば，火力発電所等において，
蒸気案内管から蒸気漏れが生じた場合，この蒸気漏れ音
の大部分は6KHz以上の高周波成分によって占められてい
る。すなわち，蒸気漏れが発生すると,6KHz以上の音の
レベルがが急激に増加する。したがって，周波数分析器
によって分けられた各信号成分のうち6KHz以上の信号成
分だけを取出すように予め設定しておくと，蒸気漏れが
発生したとき，この帯域信号成分の合成レベルが急激に
増加し，これによって蒸気漏れが発生したことを検出で
きることになる。この場合,6KHz未満の音，つまり外乱
音に対しては対応しない。このため，第１の比較判定手
段によって蒸気漏れ，つまり機器の異常を高感度に検出
することが可能となる。また，第２の比較判定手段で
は，所定時間前に算出された合成レベルと比較し，差が
一定以上のときに信号を出力するので，完全な異常とま
ではいっていないが，徐々に異常に近付きつつある状態
を検出することができる。したがって，大事に至る前の
点検実施に寄与できる。

また，音響センサから連続的に送出される出力信号の
うちのレベルが一定以上で，かつ継続期間が一定以内の
条件を満たした期間の信号だけを処理するように信号処
理装置を構成しておくと、異常音と外乱音との周波数が
近接しているとき，これを選別して異常音だけに対応さ
せることができる。たとえば，配管のハンマリング音な
どの場合のように異音の継続時間が比較的短時間の場合
は継続時間を監視することによって機器の異常音か外乱
音かを選別できることになる。

（実施例） 以下，図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は一実施例に係る機器の異常診断装置のブロッ
ク的構成図である。この実施例はプラントを構成してい
る蒸気案内管からの蒸気漏れを検出するものに適用した
例である。

同図において,1はマイクロホン等の音響センサを示
し,2は音響センサの出力信号を増幅する増幅器を示して
いる。音響センサ１および増幅器２は蒸気案内管が配設
されている建屋の床上等に設置されている。３は信号処
理装置を示し，この信号処理装置３は音響センサ１が設
置されている位置から離れた場所，たとえば中央制御室
に設けられている。

信号処理装置３は次のように構成されている。すなわ
ち，増幅器２の出力信号をA/D変換器４でディジタル信
号に変換した後，これを高速の周波数分析器５に導入し
て12KHzまでの各周波数成分信号に分けている。そし
て，分けられた各周波数成分信号を演算装置６に導入す
る。この演算装置６は，第２図に示すように，まずパワ
ースペクトルを算出（ステップS1）し，これを複数回繰
返してデータを平均化する（ステップS2）。次に,6〜12
KHzのデータを積分（ステップS3）した後，この値を対
数表示に変換（ステップS4）して出力する。この出力は
第１図に示すように，第１の比較器７と第２の比較器８
とに導入される。比較器７には予め，比較するための基
準値が記憶されている。そして，この比較器７は入力レ
ベルが基準値を越えたとき，この越えた値を出力する。
一方，比較器８には現時点より１秒前の入力値が比較の
基準値として記憶されている。そして，この比較器８
は，入力レベルが基準値を越えたとき，この越えた値を
出力する。これら比較器7,8の出力はそれぞれ判定器9,1
0に与えられる。判定器9,10は比較器7,8で得られたレベ
ル差が予め定められた一定値（たとえば3dB）以上のと
き出力を送出する。これら出力は，表示系駆動装置11に
与えられる。表示系駆動装置11は，判定器9,10の何れか
の出力信号を受けると，この信号を受けた前後の周波数
分析図を表示器12に表示させるとともに警報器13を鳴動
させるように構成されている。

このような構成であると，蒸気案内管から蒸気漏れが
発生すると，この蒸気漏れを外乱音の影響を受けずに確
実に検出することができる。すなわち，蒸気漏れが生じ
たとき，音響センサ１の出力信号から得られる構内の音
響スペクトルは一例として第３図中に破線で示すように
なる。一方，正常時における音響スペクトルは第３図中
に実線で示すようになる。この図から判かるように，オ
ーバーオールレベルでみると2KHz以下の成分が支配的
で，蒸気漏れが生じてもレベルはほとんど変わらない。
しかし,6KHz以上の成分を見ると，レベルが大きく変わ
っている。

この実施例では，音響センサ１で得られた信号を周波
数分析器５によって各周波数成分信号に分け，この分け
られた各信号成分のうちの６〜12KHzの信号成分だけ，
つまり蒸気漏れが生じたときにレベルが大きく変化する
周波数帯域の信号成分だけを取出し，その合成レベルと
基準レベルとを比較器７で比較し，その差が一定以上の
とき判定器９で異常と判定して表示系駆動装置11を動作
させるようにしている。したがって，従来の装置のよう
にオーバーオールレベルで監視するものとは違って，蒸
気漏れを高感度に検出できることになる。また，比較器
８においては,1秒前のレベルと比較し，その差が一定以
上のとき判定器10から出力を送出させるようにしている
ので，入力レベルが比較器７に記憶されている基準値を
越えてはいないが，異常が徐々に進行している状態も速
やかに検出できることになる。

上記動作から判かるように，周波数分析器５より下段
の信号処理系を各機器に対応させて複数系統設けておく
と，各機器の異常を高感度に検出することができる。

第４図は他の実施例に係る機器の異常診断装置のブロ
ック的構成図である。この実施例は配管のハンマリング
音を検出するものに適用した例である。そして，この図
では第１図と同一部分は同一符号で示してある。

この実施例に係る機器の異常診断装置では,A/D変換器
４の次段に信号の大きさが一定レベル以上のときだけこ
れを通過させるレベル判定器21を設け，さらにレベル判
定器21を通過した信号で継続時間が一定時間（たとえば
0.6秒）内の信号だけを通過させる継続時間判定器22を
設け，この継続時間判定器22を通過した信号を高速の周
波数分析器５に導入している。また，演算装置6aは，第
５図に示すようにパワースペクトルを算出（ステップS
1）した後,0.5〜2.0KHzまでの信号成分を積分（ステッ
プS2）し，これを対数表示に変換して（ステップS3）出
力するようにしている。また，比較器７には予め，比較
するための基準値が記憶されている。さらに比較器８
は，現時点より0.2秒前の入力レベルを比較の基準値と
して記憶するようにしている。

このような構成であると，構内放送などの影響を受け
ることなく，配管のハンマリング音を検出することがで
きる。すなわち，配管のハンマリング音は，通常0.5〜2
KHzの信号成分が大部分を占め，しかも継続時間は第８
図に示すように0.4〜0.6秒以下である。一方，構内放送
などの人声は，第６図中に破線で示すように，周波数帯
域が0.5〜2.0KHzとハンマリング音の周波数帯域に近
い。しかし，構内放送の継続時間は，第７図に示すよう
に通常,0.6秒以下ということはほとんどない。

この実施例では,A/D変換器４を出た信号のうちレベル
判定器21で一定レベル以上の信号だけを抽出し，さらに
抽出された信号のうちから継続時間判定器22で継続時間
が0.6秒以下の信号分だけを抽出し，この信号を周波数
分析器５によって各周波数成分信号に分け，この分けら
れた各信号成分のうちの0.5〜2.0KHzの信号成分だけ，
つまりハンマリング音の周波数帯域の信号成分だけを取
出し，その合成レベルと基準レベルとを比較器７で比較
し，その差が一定以上のとき判定器９で異常と判定して
表示系駆動装置11を動作させるようにしている。したが
って，ハンマリング音に近い周波数帯域でも構内放送の
ように継続時間の長い音，つまり外乱音に対しては応答
することがなく，ハンマリング音だけを高感度に検出で
きることになる。また，比較器８においては,0.2秒前の
レベルと比較し，その差が一定以上のとき判定器10から
出力を送出させるようにしているので，入力レベルが比
較器７に記憶されている基準値を越えないが，異常が徐
々に進行している状態も検出できることになる。

［発明の効果］ 以上のように構成された本発明に係る機器異常診断装
置では，対象とする機器に異常が生じたときに起こる音
響スペクトルの変化を利用してその機器の異常および異
常に近付きつつある状態をを検出するようにしているの
で，その機器の異常および異常に近付きつつある状態を
を高感度に検出することができる。

また，継続時間の監視によって，外乱音の影響を除去
でき，誤動作を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例に係る機器の異常診断装置のブロック
的構成図，第２図は同装置内に組み込まれた演算装置に
おけるデータ処理の流れを示す図，第３図は蒸気案内管
から蒸気が漏れているときの構内の音響スペクトルと正
常時における音響スペクトルとを比較して示す図，第４
図は他の実施例に係る機器の異常診断装置のブロック的
構成図，第５図は同装置内に組み込まれた演算装置にお
けるデータ処理の流れを示す図，第６図は構内放送が有
るときと無いときとの構内の音響スペクトルを比較して
示す図，第７図は構内放送の継続時間の一例を示す図，
第８図は配管のハンマリング音の継続時間の一例を示す
図である。 １……音響センサ,3,3a……信号処理装置,5……周波数
分析器,6,6a……演算装置,7,8……比較器,9,10……判定
器,11……表示系駆動装置,12……表示器,13……警報器,
21……レベル判定器,22……継続時間判定器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器の近傍に配置された音響センサと，こ
   の音響センサとは離れた位置に配置されて上記音響セン
   サの出力信号に基づいて機器の異常を判定報知する信号
   処理装置とを備えた機器の異常診断装置において，前記
   信号処理装置は，前記音響センサの出力信号を各周波数
   成分に分ける周波数分析器と，この周波数分析器によっ
   て分けられた各信号成分のうちの予め指定された周波数
   帯域の信号成分だけを取出す手段と，この手段によって
   取出された信号成分の合成レベルを算出する合成レベル
   算出手段と，この手段によって算出された合成レベルと
   基準レベルとを比較し，差が一定以上のときに異常判定
   信号を出力する第１の比較判定手段と，前記合成レベル
   算出手段によって算出された合成レベルと所定時間前に
   算出された合成レベルとを比較し，差が一定以上のとき
   に信号を出力する第２の比較判定手段と，この第２の比
   較判定手段および前記第１の比較判定手段の出力を導入
   して必要な報知動作を行う報知手段とを備えていること
   を特徴とする機器の異常診断装置。
2. 【請求項２】機器の近傍に配置された音響センサと，こ
   の音響センサとは離れた位置に配置されて上記音響セン
   サの出力信号に基づいて機器の異常を判定報知する信号
   処理装置とを備えた機器の異常診断装置において，前記
   信号処理装置は，前記音響センサから連続的に送出され
   る出力信号のうちのレベルが一定以上で，かつ継続時間
   が一定以内の条件を満たした期間の信号だけを通過させ
   る手段と，この手段を通過した信号を各周波数成分に分
   ける周波数分析器と，この周波数分析器によって分けら
   れた各信号成分のうちの予め指定された周波数帯域の信
   号成分だけを取出す手段と，この手段によって取出され
   た信号成分の合成レベルを算出する合成レベル算出手段
   と，この手段によって算出された合成レベルと基準レベ
   ルとを比較し，差が一定以上のときに異常判定信号を出
   力する第１の比較判定手段と，前記合成レベル算出手段
   によって算出された合成レベルと所定時間前に算出され
   た合成レベルとを比較し，差が一定以上のときに信号を
   出力する第２の比較判定手段と，この第２の比較判定手
   段および前記第１の比較判定手段の出力を導入して必要
   な報知動作を行う報知手段とを備えていることを特徴と
   する機器の異常診断装置。