JP2818311B2 - 解析装置 - Google Patents

解析装置

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JP2818311B2 JP5563891A JP5563891A JP2818311B2 JP 2818311 B2 JP2818311 B2 JP 2818311B2 JP 5563891 A JP5563891 A JP 5563891A JP 5563891 A JP5563891 A JP 5563891A JP 2818311 B2 JP2818311 B2 JP 2818311B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の目的]
【産業上の利用分野】本発明は、解析データを対数目盛
画面に表示する解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、各種データを周波数スペクトル
の信号特性により評価する場合には、広範囲にわたって
周波数のスペクトルパターンを表示する必要があり、こ
のため周波数スペクトルを対数目盛画面で表示する解析
装置が広く使用されている。
【0003】ここで、従来の解析データを対数目盛画面
で表示する解析装置の一実施例として、周波数スペクト
ル解析装置について述べる。
【0004】図4は従来の周波数スペクトル解析装置の
構成図である。同図において、周波数スペクトル解析装
置1はプロセスデータの解析を行い解析データとして周
波数スペクトルを求めると共にこの周波数スペクトルの
記憶及び出力の制御を行う演算制御装置2と、この演算
制御装置2の制御により周波数スペクトルを記憶する記
憶装置3と、この演算制御装置2の制御により記憶装置
3に記憶されている周波数スペクトルを対数目盛画面に
周波数スペクトルデータとして表示する出力装置4とか
らなり、プロセス入出力制御装置5を介してプラント6
に接続されている。
【0005】ここで、演算制御装置2はプラント6から
プロセス入出力制御装置5を介して入力されたプロセス
データを所定の間隔で所定の個数取り込むサンプリング
を行うサンプリング処理部7と、このサンプリング処理
部7からのサンプリングデータをFFT計算処理し周波
数スペクトルを出力するFFT計算処理部8と、記憶装
置3に対して周波数スペクトルの記憶及び取り出しを行
う解析データ入出力処理部9と、この周波数スペクトル
を出力装置4の対数目盛画面に表示するための出力座標
データに変換して出力する出力処理部10とから構成さ
れている。
【0006】この従来の周波数スペクトル解析装置に、
所定のタイミングでプラント6からプロセス入出力制御
装置5を介してプロセスデータが演算制御装置2に入力
されると、サンプリング処理部7は1回のFFT計算処
理を行うプロセスデータのサンプリングを行うため、こ
のプロセスデータをN点分(X1,X2,…,XN)、
サンプリング周期ΔTおきに時系列データとして取り込
む。このサンプリングが完了すると、この時系列データ
をFFT計算処理部8に入力する。FFT計算処理部8
においては時系列データを下記の数式1によりFFT変
換して、フーリエ係数SR(L),SI(L)が求めら
れる。
【0007】
【数1】
【0008】上記の数式1によりN/2個ずつのフーリ
エ係数SR(L),SI(L)が求められ、このフーリ
エ係数から、f*N*ΔTで表わされる周波数ポイント
Lにおける周波数スペクトルPSD(L)が下記の数式
2により求められる。
【0009】
【数2】 PSD(L)=SR(L)*SR(L)+SI(L)*SI(L) (ただし、L=1,2,…N/2) PSD(N/2)=SR(N/2)*SR(N/2)
【0010】上記の数式2により得られたN/2個のP
SD(L)は、解析データ入出力処理部9により、記憶
装置3に記憶される。
【0011】出力処理部10は解析データ入出力処理部
9を介して記憶装置3よりPSD(L)を取り出し、こ
のPSD(L)を出力装置4の対数目盛画面に表示する
ための処理を行う。この出力処理部10は、まずPSD
(L)を表示するための出力座標データの周波数分解
能、下限周波数及び上限周波数を求める。
【0012】ここで、FFT解析パラメータをサンプリ
ング周期ΔT及び時系列数Nとすると、周波数fはL/
(N*ΔT)で表わされることから、出力座標データの
周波数分解能、下限周波数及び上限周波数は、下記の数
式3により求めることができる。
【0013】
【数3】周波数分解能; Δf =1/(N*ΔT) 下限周波数 ; fL =1/(N*ΔT) 上限周波数 ; fH =(N/2)/(N*ΔT) =1/(2*ΔT)
【0014】次に、PSD(L)の対数目盛での出力座
標データを下記の数式4により求める。
【0015】
【数4】 出力座標データ(XL,YL;L=1,2,…,N/2) =〔Log(f),LogPSD(L)〕 =〔Log[L/(N*ΔT)],LogPSD(L)〕
【0016】この結果、図5に示すような周波数スペク
トルデータが出力装置4の対数目盛画面に表示される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかし、広範囲にわた
る周波数の周波数スペクトルデータを表示する場合、図
6に示すように周波数の対数目盛は高周波になるにつれ
て密になる。また、これらの周波数スペクトルデータを
出力し、周波数スペクトルパターンとして表示すると
き、周波数が高帯域になるにつれ出力装置4の対数目盛
画面に表示される周波数スペクトルデータの表示間隔が
狭くなる。
【0018】そして、この表示間隔が出力装置4の出力
分解能よりも小さくなると、出力装置4は周波数スペク
トルデータを表示できなくなる。この場合、従来の周波
数スペクトル解析装置においては、対数目盛画面に表示
されない周波数スペクトルについても、出力装置4に表
示をするための処理を行い周波数スペクトルデータに変
換するという出力処理上無意味な処理を行っていた。
【0019】また、このため表示できない出力分解能以
下の周波数スペクトルについても記憶装置3に記憶する
必要があり、記憶装置3には多くの記憶エリアを必要と
していた。
【0020】そこで、本発明は表示する解析データを圧
縮し、記憶装置の記憶エリアを減少させると共に、解析
データ入出力処理部の解析データの記憶及び取り出し時
間及び出力処理部のデータ出力処理時間の短縮化を可能
とする解析装置を提供することを目的とする。
【0021】[発明の構成]
【課題を解決するための手段】本発明はプラントからの
各種データの解析を行い解析データを求めると共にこの
解析データの記憶及び出力の制御を行う演算制御装置
と、この演算制御装置で解析された解析データを記憶す
る記憶装置と、この記憶装置に記憶された解析データを
対数目盛画面に表示する出力装置を備えた解析装置にお
いて、前記演算制御装置に前記出力装置の対数目盛画面
に表示される解析データの対数目盛間の間隔と出力装置
の出力分解能とを比較する手段と、前記出力装置の出力
分解能よりも小さな間隔となる解析データの平均値を算
出する手段と、前記出力分解能以上の解析データはその
まま、前記分解能よりも小さい解析データは前記平均値
を前記記憶装置に記憶させる手段とを備えたものであ
る。
【0022】
【作用】出力分解能上よりも小さい解析データの平均値
を算出し、この平均値を解析データとし、解析データを
圧縮することができる。また、解析データを圧縮するこ
とにより、表示する解析データ数を減少することがで
き、記憶装置の記憶エリアを減少させると共に、解析デ
ータ入出力処理部の解析データの記憶及び取り出し時間
及び出力処理部のデータ出力処理時間の短縮ができる。
【0023】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0024】図1は本発明の一実施例による周波数スペ
クトル解析装置の構成図である。同図において、図4と
同一符号は同一または相当部分を示しており、図1には
図4にはないデータ圧縮処理部11が設けられている。
このデータ圧縮処理部11はFFT計算処理部8で得ら
れたN/2個のPSD(L)について、出力装置4の対
数目盛画面の周波数を表わすX軸の、対数で表わされた
周波数ポイント(以下ポイントという)間の間隔と出力
装置4の出力分解能とを比較する。
【0025】また、データ圧縮処理部11はこの比較の
結果からポイントの間隔が出力分解能以下となり、画面
に表示できなくなるPSD(L)を検出し、このPSD
(L)の平均値を取ることによりデータ圧縮を行う。
【0026】ここで、このデータ圧縮処理部11のデー
タ圧縮動作について図2に示すフローチャートを用いて
説明する。まず、データ圧縮処理部11はポイント間の
間隔及び出力分解能Zを下記の数式5を用いて求める
(処理21)。なお、Zを求める数式において、Qはス
パンを、Wは表示ドットをそれぞれ表している(図5参
照)。
【0027】
【数5】 ポイント間の間隔; Log(f+1)−Log(f) =Log[(L+1)/(N*ΔT)]−Log[L/(N*ΔT)] =Log[(L+1)/L] Z=Q/W =〔Log[1/(2*ΔT)]−Log[1/(N*ΔT)]〕/W
【0028】次に、上記の数式5により算出されたポイ
ント間の間隔と出力分解能Zとを用いて、L=1〜N/
2の間でポイントLogLとLog(L+1)との間の
間隔が出力分解能よりも小さくなる最小のL+1を下記
の数式で算出することにより、圧縮開始ポイントSを求
める(処理22)。ここで、圧縮開始ポイントSは、こ
のポイント以降、出力分解能よりもポイント間の間隔が
小さくなり、出力装置4の画面に表示されなくなるPS
D(L)が発生するポイントを示す。
【0029】
【数6】Log[(L+1)/L]〈 Z
【0030】次に、上記の数式6により求められた圧縮
開始ポイントSから、S≦L〈N/2の間で、出力分解
能を超える最初のポイントPを、下記の数式7を用いて
求める(処理23)。
【0031】
【数7】ポイント間の間隔; LogP−LogS=Log(P/S)≧ Z
【0032】上記の数式7により算出された出力分解能
を超えるポイントPと圧縮開始ポイントSとの間のPS
D(S)〜PSD(P)を平均し(処理24)、この平
均値をPSD(P)’とする。そして、この平均値を出
力分解能に一致したポイントPにおけるPSD(P)と
みなす(処理25)。このポイントSとPと出力分解能
との関係を示すと図3のようになる。
【0033】このようにして、圧縮開始ポイントSから
出力分解能を超えるポイントPまでの平均値を求めたな
らば、ポイントP+1を次の圧縮開始ポイントSとし
(処理26)、P>(N/2)となるまで(判断27の
YES)、順次周波数スペクトルの平均をとり、解析デ
ータの圧縮を行う。この結果、PSD(S)以降のデー
タ量が圧縮され、次の二種類のデータが得られる。
【0034】 PSD (L) (L=1,2,…S) PSD’(P) [S<P≦(N/2)]
【0035】この二種類の解析データは解析データ入力
処理部9に出力され(処理28)、この解析データ入出
力処理部9を介して記憶装置3に記憶される。記憶され
た圧縮データは、解析データ入出力処理部9を介して出
力処理部10が記憶装置3からデータを取り出し、この
二種類のデータを出力座標データに変換して出力装置4
に出力する。
【0036】ここで、サンプリング周期ΔT=0.01
秒、N=1024の場合のデータ圧縮について説明す
る。N=1024の時系列データY1,Y2,…Y10
24についてFFT計算を行うと、N/2=512ポイ
ントのPSD(1),PSD(2),…PSD(51
2)が得られる。そして、データ圧縮処理部11では次
のようにデータ圧縮を行う。
【0037】まず、出力分解能Zを前述の数式5より求
めると、出力分解能Zは次の数式8のようになる。
【0038】
【数8】Z=Q/W =〔Log[1/(2×0.01)] −Log[1/(1024×0.01)]〕/400 =0.0068
【0039】次に、上記の出力分解能から圧縮開始ポイ
ントS(=L+1)を前述の数式6により求めると、圧
縮開始ポイントSは次のようになる。
【0040】Log[S/(S−1)]<0.0068 ∴ S=64
【0041】したがって、データ圧縮はPSD(64)
〜PSD(512)の間で行うことになる。
【0042】また、上記出力分解能Zから出力分解能Z
を超える最初のポイントPを前述の数式7により求める
と、次のようになる。
【0043】Log(P/64)<0.0068 ∴ P=66
【0044】したがって、ポイント64,65,65ま
でのPSD(64),PSD(65),PSD(66)
の平均値がPSD(66)’となる。次に、圧縮開始ポ
イントを67とし、S=67を数式(5)に代入して、
次のPを求める。この処理を繰返し行うことにより、P
SD(64),…PSD(512)の449個のデータ
は、PSD(66)’,PSD(69)’…PSD(5
02)’の84個のデータに圧縮することができる。
【0045】なお、PSD(511),PSD(51
2)は表示されることはないので削除される。これによ
り、PSD(1)〜PSD(63)は63ポイント、P
SD(66)’〜PSD(502)’は84ポイントと
なり、合計147ポイントに圧縮することができる。
【0046】このように、出力分解能よりも小さいポイ
ントの間隔のPSD(L)を平均化することにより、圧
縮前の解析データ数512を1/3以下に圧縮すること
ができる。
【0047】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、表示分解
能上表示できない解析データの平均値を算出し、この平
均値を解析データとすることにより解析データを圧縮す
ることができる。また、解析データを圧縮することによ
り、この解析データを記憶する記憶装置内の記憶エリア
を縮小することができる。さらに、解析データを圧縮す
ることにより、解析データ入出力処理部のデータ転送時
間の高速化及び出力処理部の処理時間を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による周波数スペクトル解析
装置の構成図。
【図2】データ圧縮部のデータ圧縮動作を示すフローチ
ャート。
【図3】圧縮開始ポイントSと出力分解能を超えるポイ
ントPと出力分解能との関係を示す図。
【図4】従来の周波数スペクトル解析装置の構成図。
【図5】従来の周波数スペクトル解析装置の対数目盛表
示画面を表わす図。
【図6】周波数の対数目盛表示説明図。
【符号の説明】
1 周波数スペクトル解析装置 2 演算制御装置 3 記憶装置 4 出力装置 5 プロセス入出力制御装置 6 プラント 7 サンプリング処理部 8 FFT計算処理部 9 解析データ入出力処理部 10 出力処理部 11 データ圧縮処理部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラントからの各種データの解析を行い解
    析データを求めると共にこの解析データの記憶及び出力
    の制御を行う演算制御装置と、この演算制御装置で解析
    された解析データを記憶する記憶装置と、この記憶装置
    に記憶された解析データを対数目盛画面に表示する出力
    装置を備えた解析装置において、前記演算制御装置に前
    記出力装置の対数目盛画面に表示される解析データの対
    数目盛間の間隔と出力装置の出力分解能とを比較する手
    段と、前記出力装置の出力分解能よりも小さな間隔とな
    る解析データの平均値を算出する手段と、前記出力分解
    能以上の解析データはそのまま、前記分解能よりも小さ
    い解析データは前記平均値を前記記憶装置に記憶させる
    手段とを設けたことを特徴とする解析装置。
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