JP6455852B2 - Signal analysis system, method and program - Google Patents

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Description

本発明は、信号解析システムに関し、より詳細には、周期信号のゆらぎを解析するシステムに関する。   The present invention relates to a signal analysis system, and more particularly to a system for analyzing fluctuations in a periodic signal.

従来、転がり軸受の損傷状態をアコースティック・エミッション法(Acoustic Emission, AE)を用いて診断する方法が知られている。例えば、特開平8−159151号公報(特許文献1)は、軸受から発生する超音波をマイクロフォンで計測し、その音響信号の注目周波数の成分強度を予め用意したマスターカーブと比較することによって、軸受の損傷状態を予測し余寿命を推定する軸受診断方法を開示する。   Conventionally, a method for diagnosing a damaged state of a rolling bearing using an acoustic emission method (Acoustic Emission, AE) is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-159151 (Patent Document 1) discloses a bearing by measuring ultrasonic waves generated from a bearing with a microphone and comparing the component intensity of the target frequency of the acoustic signal with a master curve prepared in advance. Disclosed is a bearing diagnosis method for predicting the damage state and estimating the remaining life.

特開平8−159151号公報JP-A-8-159151

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、物体の破壊や崩壊の予兆を捉えることができる新規な信号解析システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object of the present invention is to provide a novel signal analysis system that can detect a sign of destruction or collapse of an object.

本発明者は、物体の破壊や崩壊の予兆を捉えることができる新規な信号解析システムにつき検討する過程で、振動する物体が破壊や崩壊の途上にある場合、物体の内部に生じたひずみに起因して物体から発する振動波形のピーク間隔にゆらぎが生じることを発見した。この発見から、本発明者は、物体から発する振動波形のゆらぎをDFA(Detrended Fluctuation Analysis)で連続的に解析する仕組みを作れば、スケーリング指数の時間変動から物体の破壊や崩壊の予兆を捉えることができるのではないかという着想を得た。そして、この着想の具体化につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。   In the process of studying a new signal analysis system that can detect the sign of destruction and collapse of an object, the present inventor, when a vibrating object is in the process of breaking or collapsing, is caused by strain generated inside the object. Then, it was discovered that fluctuation occurred in the peak interval of the vibration waveform emitted from the object. Based on this discovery, the present inventor can grasp the signs of destruction and collapse of objects from temporal fluctuations of the scaling index by creating a mechanism that continuously analyzes fluctuations of vibration waveforms emitted from the objects using DFA (Detrended Fluctuation Analysis). I got the idea that I could do it. And as a result of earnest examination about the realization of this idea, the following configuration has been conceived and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明によれば、解析対象信号のピーク時刻を取得するピーク時刻取得部と、前記ピーク時刻取得部が取得した前記ピーク時刻に基づいてDFA対象データを生成するDFA対象データ生成部と、前記DFA対象データに基づいてDFAを実行してスケーリング指数を取得するDFA実行部と、取得した前記スケーリング指数を積算するスケーリング指数積算部と、を含み、前記DFA対象データ生成部は、前記ピーク時刻取得部が取得した前記ピーク時刻を時系列順に(A+1)個ずつロードし、ロードした該(A+1)個のピーク時刻に基づいてA個のピーク間隔を算出し、該A個のピーク間隔を要素とする時系列データに基づいてM個の要素を含む擬似的な時系列データを前記DFA対象データとして生成する処理を繰り返し実行し(A、Mはともに自然数であり、MはAより大きい。以下同様。)、前記DFA実行部は、前記DFA対象データ生成部が生成した前記DFA対象データを生成順にロードし、ロードした該DFA対象データに基づいて前記スケーリング指数を取得する処理を繰り返し実行し、前記スケーリング指数積算部は、前記DFA実行部が取得した前記スケーリング指数を取得順にロードし、ロードした該スケーリング指数が所定の閾値を下回っていない場合には該スケーリング指数を最新の積算値に加算し、ロードした該スケーリング指数が該所定の閾値を下回っている場合には最新の積算値をリセットする処理を繰り返し実行する、信号解析システムが提供される。   That is, according to the present invention, a peak time acquisition unit that acquires a peak time of an analysis target signal, a DFA target data generation unit that generates DFA target data based on the peak time acquired by the peak time acquisition unit, A DFA execution unit that executes a DFA based on the DFA target data to acquire a scaling index; and a scaling index integration unit that integrates the acquired scaling index. The DFA target data generation unit includes the peak time The peak times acquired by the acquisition unit are loaded in order of time series (A + 1), A peak intervals are calculated based on the loaded (A + 1) peak times, and the A peak intervals are The process of generating pseudo time-series data including M elements as the DFA target data is repeated based on the time-series data (A and M are both natural numbers, M is greater than A. The same applies hereinafter), and the DFA execution unit loads the DFA target data generated by the DFA target data generation unit in the order of generation and loads them. The process of acquiring the scaling index based on the DFA target data is repeatedly executed, and the scaling index integration unit loads the scaling indexes acquired by the DFA execution unit in the acquisition order, and the loaded scaling index is a predetermined value. When the scaling index is not below the threshold value, the scaling index is added to the latest integrated value, and when the loaded scaling index is below the predetermined threshold value, the process of resetting the latest integrated value is repeatedly executed. A signal analysis system is provided.

上述したように、本発明によれば、物体の破壊や崩壊の予兆を捉えることができる新規な信号解析システムが提供される。   As described above, according to the present invention, a novel signal analysis system capable of capturing a sign of destruction or collapse of an object is provided.

本実施形態の信号解析システムの概要構成図。1 is a schematic configuration diagram of a signal analysis system of an embodiment. 本実施形態の信号解析システム機能構成図。The signal analysis system function block diagram of this embodiment. 第1の測定方法における解析対象信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the analysis object signal in a 1st measuring method. 第2の測定方法における解析対象信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the analysis object signal in a 2nd measuring method. 第3の測定方法における解析対象信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the analysis object signal in a 3rd measuring method. 本実施形態のピーク時刻取得処理を表すフローチャート。The flowchart showing the peak time acquisition process of this embodiment. 本実施形態のピーク時刻取得処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the peak time acquisition process of this embodiment. 本実施形態のDFA対象データ生成処理を表すフローチャート。The flowchart showing the DFA object data generation process of this embodiment. 本実施形態のDFA対象データ生成処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the DFA object data generation process of this embodiment. 本実施形態のDFA対象データ生成処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the DFA object data generation process of this embodiment. 本実施形態のDFA対象データ生成処理を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the DFA object data generation process of this embodiment. 本実施形態のDFAを表すフローチャート。The flowchart showing DFA of this embodiment. 本実施形態のDFAを表すフローチャート。The flowchart showing DFA of this embodiment. 本実施形態のボックスサイズ・データを示す図。The figure which shows the box size data of this embodiment. 実施形態のDFAを説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating DFA of embodiment. 本実施形態のスケーリング指数の積算処理を表すフローチャート。The flowchart showing the integration process of the scaling index of this embodiment. 本実施形態のスケーリング指数の積算値の時系列グラフを示す図。The figure which shows the time series graph of the integrated value of the scaling index | exponent of this embodiment.

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings. In the drawings referred to below, the same reference numerals are used for common elements, and the description thereof is omitted as appropriate.

図1は、本発明の実施形態である信号解析システム100の概要構成を示す。図1に示すように、本実施形態の信号解析システム100は、振動センサ10と、加振器12と、コンピュータ20とを含んで構成される。振動センサ10は、測定対象となる物体が発する振動を電圧信号に変換する振動検出手段である。振動センサ10は、ピエゾ素子などを用いた接触式のものであってもよく、レーザなどを用いた非接触式のものであってもよい。また、加振器12は、測定対象となる物体に周期振動を入力するための手段である。加振器12は、測定対象の規模に応じた適切な振動子を用いて構成することができ、接触式および非接触式のいずれであってもよい。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a signal analysis system 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the signal analysis system 100 of this embodiment includes a vibration sensor 10, a vibrator 12, and a computer 20. The vibration sensor 10 is a vibration detection unit that converts vibration generated by an object to be measured into a voltage signal. The vibration sensor 10 may be a contact type using a piezo element or the like, or may be a non-contact type using a laser or the like. The vibrator 12 is a means for inputting periodic vibration to an object to be measured. The vibrator 12 can be configured by using an appropriate vibrator according to the scale of the measurement target, and may be either a contact type or a non-contact type.

一方、コンピュータ20は、振動センサ10から入力されるセンサ信号のゆらぎを解析するための情報処理装置であり、好ましくは、加振器12に対して加振信号(正弦波信号)を出力するための構成を併せて備える。なお、図1では、コンピュータ20としてノート型PCを例示的に示しているが、コンピュータ20は、タブレット型やデスクトップ型のPCであってもよいし、静止物体の破壊や崩壊の予兆を捉える用途に特化したワークステーションやサーバであってもよいし、当該用途に特化した端末装置に搭載される組み込みコンピュータであってもよい。また、コンピュータ20と振動センサ10および加振器12との間の信号の送受信は、有線通信および無線通信のいずれで行ってもよい。   On the other hand, the computer 20 is an information processing device for analyzing fluctuations in the sensor signal input from the vibration sensor 10, and preferably outputs an excitation signal (sine wave signal) to the vibrator 12. In addition, the configuration is provided. In FIG. 1, a notebook PC is exemplarily shown as the computer 20, but the computer 20 may be a tablet PC or a desktop PC, and is used to catch a sign of destruction or collapse of a stationary object. It may be a workstation or server specialized in the above, or an embedded computer mounted on a terminal device specialized for the application. Further, transmission / reception of signals between the computer 20 and the vibration sensor 10 and the vibrator 12 may be performed by either wired communication or wireless communication.

以上、本実施形態の信号解析システム100概要構成について説明してきたが、続いて、コンピュータ20の機能構成を図2に示す機能ブロック図に基づいて説明する。   The outline configuration of the signal analysis system 100 of the present embodiment has been described above. Next, the functional configuration of the computer 20 will be described based on the functional block diagram shown in FIG.

図2に示すように、コンピュータ20は、ピーク時刻取得部21と、測定モード設定部22と、DFA対象データ生成部23と、記憶部24と、DFA実行部25と、スケーリング指数積算部26と、出力情報生成部27とを含む。上述した各機能部は、コンピュータ20に専用のプログラムをインストールすることによって実現される。   As shown in FIG. 2, the computer 20 includes a peak time acquisition unit 21, a measurement mode setting unit 22, a DFA target data generation unit 23, a storage unit 24, a DFA execution unit 25, and a scaling index integration unit 26. And an output information generation unit 27. Each functional unit described above is realized by installing a dedicated program in the computer 20.

ピーク時刻取得部21は、入力される周期信号のピーク時刻を取得するための機能部であり、測定モード設定部22は、信号解析システム100が有する測定モード(後述する)を選択可能にユーザに提示し、ユーザが選択した測定モードに応じて各種パラメータの設定等を行うための機能部である。   The peak time acquisition unit 21 is a functional unit for acquiring the peak time of the input periodic signal, and the measurement mode setting unit 22 allows the user to select a measurement mode (described later) that the signal analysis system 100 has. This is a functional unit for presenting and setting various parameters according to the measurement mode selected by the user.

DFA対象データ生成部23は、ピーク時刻取得部21が取得したピーク時刻に基づいてDFA(Detrended Fluctuation Analysis)の対象データを生成するための機能部であり、DFA実行部25は、DFA対象データ生成部23が生成した対象データに基づいてDFAを実行するための機能部である。   The DFA target data generation unit 23 is a functional unit for generating DFA (Detrended Fluctuation Analysis) target data based on the peak time acquired by the peak time acquisition unit 21, and the DFA execution unit 25 generates the DFA target data. This is a functional unit for executing DFA based on the target data generated by the unit 23.

スケーリング指数積算部26は、DFAで取得したスケーリング指数を積算するための機能部であり、出力情報生成部27は、スケーリング指数の積算値に基づいて出力情報を生成するための機能部である。   The scaling index integration unit 26 is a functional unit for integrating the scaling index acquired by DFA, and the output information generation unit 27 is a functional unit for generating output information based on the integrated value of the scaling index.

コンピュータ20は、さらに、正弦波発振回路34と、信号重畳回路36とを含む。正弦波発振回路34は、指定された周波数の正弦波信号を生成・発振するための回路であり、信号重畳回路36は、入力される2つの信号を重畳して出力するための回路である。   The computer 20 further includes a sine wave oscillation circuit 34 and a signal superimposing circuit 36. The sine wave oscillating circuit 34 is a circuit for generating and oscillating a sine wave signal having a specified frequency, and the signal superimposing circuit 36 is a circuit for superimposing and outputting two input signals.

ここで、信号解析システム100を使用した測定方法を図1に基づいて説明する。本実施形態においては、測定対象に応じて、以下の3種類の測定方法のいずれかを適用することができる。   Here, a measurement method using the signal analysis system 100 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, one of the following three types of measurement methods can be applied depending on the measurement target.

(第1の測定方法)
正常時に所定の周波数近傍で周期振動する運動物体を測定する場合、第1の測定方法を適用することができる。第1の測定方法においては、運動物体の運動に付随して発生する周期振動を振動センサ10で検出し、振動センサ10から送信されるセンサ信号をコンピュータ20で解析する。第1の測定方法が適用される運動物体としては、モーターや内燃機関などの回転駆動装置や当該回転駆動装置に接続されて回転する転がり軸受などの回転体を例示することができる。
(First measurement method)
When measuring a moving object that periodically vibrates in the vicinity of a predetermined frequency when normal, the first measurement method can be applied. In the first measurement method, the vibration sensor 10 detects periodic vibrations that accompany the movement of the moving object, and the computer 20 analyzes the sensor signal transmitted from the vibration sensor 10. Examples of the moving object to which the first measurement method is applied include a rotary drive device such as a motor and an internal combustion engine, and a rotary body such as a rolling bearing connected to the rotary drive device and rotating.

第1の測定方法において、コンピュータ20は、振動センサ10のセンサ信号がピーク時刻取得部21に直接入力されるように、図1に示すスイッチSWをONにする。   In the first measurement method, the computer 20 turns on the switch SW shown in FIG. 1 so that the sensor signal of the vibration sensor 10 is directly input to the peak time acquisition unit 21.

図3は、モーターの周期振動を検出する振動センサ10からピーク時刻取得部21に入力されるセンサ信号の振動波形を例示する。この場合、ピーク時刻取得部21に入力される振動波形は、図3(a)、(b)に示すように、モーターの状態変化に応じて逐次変化する。   FIG. 3 illustrates the vibration waveform of the sensor signal input from the vibration sensor 10 that detects the periodic vibration of the motor to the peak time acquisition unit 21. In this case, as shown in FIGS. 3A and 3B, the vibration waveform input to the peak time acquisition unit 21 sequentially changes according to the change in the state of the motor.

(第2の測定方法)
それ自体は振動しないが外部から振動を入力することが可能な静止物体を測定する場合、第2の測定方法を適用することができる。第2の測定方法においては、加振器12から静止物体に周期振動を入力した状態で、加振された静止物体の周期振動を振動センサ10で検出し、振動センサ10から送信されるセンサ信号をコンピュータ20で解析する。第2の測定方法が適用される静止物体としては、躯体(建物の柱、梁、壁など)を例示することができる。
(Second measurement method)
When measuring a stationary object that does not vibrate itself but is capable of inputting vibration from the outside, the second measurement method can be applied. In the second measurement method, the periodic vibration of the excited stationary object is detected by the vibration sensor 10 in a state where the periodic vibration is input from the vibrator 12 to the stationary object, and the sensor signal transmitted from the vibration sensor 10 is detected. Is analyzed by the computer 20. Examples of stationary objects to which the second measurement method is applied include skeletons (building columns, beams, walls, etc.).

第2の測定方法において、コンピュータ20は、加振信号生成部32が生成する加振信号が加振器12に送信されるように制御するとともに、振動センサ10のセンサ信号がピーク時刻取得部21に直接入力されるように、図1に示すスイッチSWをONにする。   In the second measurement method, the computer 20 controls the vibration signal generated by the vibration signal generation unit 32 to be transmitted to the vibration exciter 12, and the sensor signal of the vibration sensor 10 is the peak time acquisition unit 21. The switch SW shown in FIG. 1 is turned on.

図4は、アルミ鋼材に周期振動を入力した場合に、振動センサ10からピーク時刻取得部21に入力されるセンサ信号の振動波形を例示する。この場合、ピーク時刻取得部21に入力される振動波形は、図4(a)、(b)に示すように、アルミ鋼材の状態変化に応じて逐次変化する。   FIG. 4 illustrates a vibration waveform of a sensor signal input from the vibration sensor 10 to the peak time acquisition unit 21 when periodic vibration is input to the aluminum steel material. In this case, as shown in FIGS. 4A and 4B, the vibration waveform input to the peak time acquisition unit 21 sequentially changes according to the state change of the aluminum steel material.

(第3の測定方法)
微弱な振動を発生する静止物体であって、外部から振動を入力することができない静止物体を測定する場合、第3の測定方法を適用することができる。第3の測定方法においては、静止物体の微弱な振動を振動センサ10で検出し、振動センサ10から送信されるセンサ信号と所定の正弦波信号を重畳した重畳信号をコンピュータ20で解析する。第3の測定方法が適用される静止物体としては、地盤を例示することができる。
(Third measurement method)
The third measurement method can be applied when measuring a stationary object that generates weak vibration and cannot receive vibration from the outside. In the third measurement method, a weak vibration of a stationary object is detected by the vibration sensor 10, and a superimposed signal obtained by superimposing a sensor signal transmitted from the vibration sensor 10 and a predetermined sine wave signal is analyzed by the computer 20. As the stationary object to which the third measurement method is applied, the ground can be exemplified.

第3の方法においては、コンピュータ20は、正弦波発振回路34が発振する所定周波数の正弦波信号が信号重畳回路36に入力されるように制御するとともに、振動センサ10のセンサ信号が信号重畳回路36に入力されるように、図1に示すスイッチSWをOFFにする。その結果、正弦波発振回路34から入力される正弦波信号と振動センサ10から入力されるセンサ信号が信号重畳回路36において重畳され、その重畳信号がピーク時刻取得部21に入力されることになる。   In the third method, the computer 20 performs control so that a sine wave signal having a predetermined frequency generated by the sine wave oscillation circuit 34 is input to the signal superimposing circuit 36, and the sensor signal of the vibration sensor 10 is the signal superimposing circuit. As shown in FIG. 36, the switch SW shown in FIG. As a result, the sine wave signal input from the sine wave oscillation circuit 34 and the sensor signal input from the vibration sensor 10 are superimposed in the signal superimposing circuit 36, and the superimposed signal is input to the peak time acquisition unit 21. .

図5(a)は、地盤に設置された地震計(振動センサ10に相当)から信号重畳回路36に入力されるセンサ信号の振動波形を例示し、図5(b)は、正弦波発振回路34から信号重畳回路36に入力される正弦波信号を例示する。この場合、信号重畳回路36において、図5(a)、(b)に示す2つの信号が重畳される結果、図5(c)に示す重畳信号がピーク時刻取得部21に入力される。   FIG. 5A illustrates a vibration waveform of a sensor signal input to the signal superimposing circuit 36 from a seismometer (corresponding to the vibration sensor 10) installed on the ground, and FIG. 5B illustrates a sine wave oscillation circuit. The sine wave signal input into the signal superimposition circuit 36 from 34 is illustrated. In this case, in the signal superimposing circuit 36, the two signals shown in FIGS. 5A and 5B are superposed, and as a result, the superposed signal shown in FIG.

上述したように、本実施形態においては、適用する測定方法によって、振動センサ10のセンサ信号または振動センサ10のセンサ信号と正弦波信号を重畳した重畳信号のいずれかがピーク時刻取得部21に入力されることになる。ピーク時刻取得部21に入力される信号はいずれも周期信号であり、コンピュータ20は、この周期信号のゆらぎを解析する。なお、以下においては、ピーク時刻取得部21に入力されるセンサ信号および重畳信号を総称して“解析対象信号”という。   As described above, in the present embodiment, either the sensor signal of the vibration sensor 10 or the superimposed signal obtained by superimposing the sensor signal of the vibration sensor 10 and the sine wave signal is input to the peak time acquisition unit 21 according to the measurement method to be applied. Will be. The signals input to the peak time acquisition unit 21 are all periodic signals, and the computer 20 analyzes fluctuations of the periodic signals. In the following, the sensor signal and the superimposed signal input to the peak time acquisition unit 21 are collectively referred to as “analysis target signal”.

以上、コンピュータ20の機能構成について概説してきたが、続いて、上述した各機能部が実行する処理の具体的な内容を説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図2を参照するものとする。   The functional configuration of the computer 20 has been outlined above. Next, specific contents of the processing executed by each functional unit described above will be described. In the following description, FIG. 2 will be referred to as appropriate.

まず、ピーク時刻取得部21が実行する処理を図6に示すフローチャートおよび図7に示す解析対象信号の模式的な波形図に基づいて説明する。   First, the processing executed by the peak time acquisition unit 21 will be described based on the flowchart shown in FIG. 6 and the schematic waveform diagram of the analysis target signal shown in FIG.

ステップ101では、入力される解析対象信号の電圧監視を開始する。電圧の監視は、解析対象信号の信号電圧が所定の閾値電圧VThを超えるまで継続され(S101、No)、解析対象信号の信号電圧が閾値電圧VThを超えた時点で(S101、Yes)、処理はステップ102に進む。 In step 101, voltage monitoring of the input analysis target signal is started. The voltage monitoring is continued until the signal voltage of the analysis target signal exceeds a predetermined threshold voltage VTh (S101, No), and when the signal voltage of the analysis target signal exceeds the threshold voltage VTh (S101, Yes). The processing proceeds to step 102.

ステップ102では、検出期間T1にわたって解析対象信号の電圧値を所定のサンプリングレートでサンプリングし、検出期間T1が経過した時点でサンプリングを停止する(S103)。続くステップ104では、サンプリングした電圧値の中の最大値Vmaxをサンプリングした時刻をピーク時刻tとして取得し、ピーク時刻tの時系列データ{t}を記憶部24に保存する。 In step 102, the voltage value of the signal to be analyzed is sampled at a predetermined sampling rate over the detection period T1, and sampling is stopped when the detection period T1 has passed (S103). In the subsequent step 104, the time at which the maximum value V max among the sampled voltage values is sampled is acquired as the peak time t, and the time series data {t i } at the peak time t is stored in the storage unit 24.

ここで、解析対象信号のゆらぎを精度よく解析するためには、解析対象信号のピークを正確に検知することが肝要となる。そのため、ステップ102におけるサンプリングレートは、解析対象信号に生じるゆらぎのタイムスケールに応じた適切な値に設定する必要があり、解析対象信号のピーク時刻tがβミリ秒単位でゆらぐ場合、サンプリングレートは、概ね、(1/β)kHz以上に設定することが好ましい。例えば、転がり軸受に代表されるような精密な人工の回転体を測定対象とする場合、サンプリングレートを200kHz以上に設定することが好ましく、回転体を含む複数の部品が非線形結合してなる複合体(例えば、自動車)を測定対象とする場合は、サンプリングレートを20kHz以上に設定することが好ましく、さらに、生体の心拍信号を測定対象とする場合は、サンプリングレートを1kHz以上に設定することが好ましい。   Here, in order to analyze the fluctuation of the analysis target signal with high accuracy, it is important to accurately detect the peak of the analysis target signal. Therefore, it is necessary to set the sampling rate in step 102 to an appropriate value according to the time scale of fluctuation occurring in the analysis target signal. When the peak time t of the analysis target signal fluctuates in units of β milliseconds, the sampling rate is In general, it is preferably set to (1 / β) kHz or more. For example, when a precise artificial rotating body such as a rolling bearing is to be measured, it is preferable to set the sampling rate to 200 kHz or higher, and a complex formed by nonlinearly coupling a plurality of parts including the rotating body When the measurement target is (for example, an automobile), the sampling rate is preferably set to 20 kHz or higher. Further, when the biological heart rate signal is to be measured, the sampling rate is preferably set to 1 kHz or higher. .

続くステップ105では、サンプリング停止後、待機期間T2が経過したか否を判断する。以降、待機期間T2が経過するまでこの判断処理をループする(S105、No)。   In the subsequent step 105, it is determined whether or not the standby period T2 has elapsed after the sampling is stopped. Thereafter, this determination process is looped until the waiting period T2 elapses (S105, No).

待機期間T2が経過すると(S105、Yes)、処理は再びステップ101に戻って、解析対象信号の電圧監視を再開する。以降、上述した一連の処理(S101〜S105)を繰り返し実行する。   When the standby period T2 elapses (S105, Yes), the process returns to step 101 again, and the voltage monitoring of the analysis target signal is resumed. Thereafter, the above-described series of processing (S101 to S105) is repeatedly executed.

上述したように、本実施形態においては、検出期間T1に連続する待機期間T2において解析対象信号の電圧監視を中断することによって、待機期間T2に発生する予期しないノイズがピークとしてカウントされることを防止する。なお、本実施形態においては、待機期間T2として、正常時の測定対象から得られる解析対象信号のピーク間隔の略半分の時間長と検出期間T1の時間長の差分に相当する時間長を設定することが好ましい。   As described above, in the present embodiment, by interrupting the voltage monitoring of the analysis target signal in the standby period T2 that is continuous to the detection period T1, unexpected noise that occurs in the standby period T2 is counted as a peak. To prevent. In the present embodiment, as the waiting period T2, a time length corresponding to the difference between the time length of approximately half the peak interval of the analysis target signal obtained from the normal measurement target and the time length of the detection period T1 is set. It is preferable.

以上、ピーク時刻取得部21が実行する処理について説明してきたが、続いて、DFA対象データ生成部23が実行する処理を図8に示すフローチャートに基づいて説明する。   The processing executed by the peak time acquisition unit 21 has been described above. Subsequently, the processing executed by the DFA target data generation unit 23 will be described based on the flowchart shown in FIG.

ステップ201では、ピーク時刻取得部21が記憶部24に保存した時系列データ{t}の中から、時系列順に(A+1)個のピーク時刻tをロードする。ここで、「A」は、後述する時系列データ{p}の要素数を決定するパラメータである。本実施形態において、「A」の値は、200〜300の範囲の自然数に設定することが好ましく、「250」に設定することが望ましい。 In step 201, (A + 1) peak times t are loaded in time series order from the time series data {t i } stored in the storage unit 24 by the peak time acquisition unit 21. Here, “A” is a parameter that determines the number of elements of time-series data {p i } described later. In the present embodiment, the value of “A” is preferably set to a natural number in the range of 200 to 300, and is preferably set to “250”.

続くステップ202では、記憶部24からロードした(A+1)個のピーク時刻tからA個のピーク間隔xを算出し、算出したA個のピーク間隔xを要素とする時系列データ{p}を生成する。具体的には、記憶部24からロードした(A+1)個のピーク時刻tを時系列に並べ、(i+1)番目の時刻と(i)番目の時刻の時間差分をピーク間隔xとして算出する。その結果、{p}は、A個のピーク間隔xからなる時系列データとして生成される。 In the subsequent step 202, A peak intervals x are calculated from (A + 1) peak times t loaded from the storage unit 24, and time series data {p i } having the calculated A peak intervals x as elements is obtained. Generate. Specifically, (A + 1) peak times t loaded from the storage unit 24 are arranged in time series, and the time difference between the (i + 1) th time and the (i) th time is calculated as the peak interval x. As a result, {p i } is generated as time-series data including A peak intervals x.

続くステップ203では、ステップ202で生成した時系列データ{p}をB個のセグメントに分割する。このとき、各セグメントに連番を付与しておく。ここで、「B」は、時系列データ{p}の分割数を決定するパラメータである。本実施形態において、「B」の値は、4〜6の範囲の自然数に設定することが好ましく、「5」に設定することが望ましい。例えば、A=250、B=5の設定の場合、図9(a)に示すように、時系列データ{p}をそれぞれが50個の要素からなる5種類のセグメントに分割し、各セグメントに1〜5の番号を付する。 In subsequent step 203, the time-series data { pi } generated in step 202 is divided into B segments. At this time, a serial number is assigned to each segment. Here, “B” is a parameter that determines the number of divisions of the time-series data {p i }. In the present embodiment, the value of “B” is preferably set to a natural number in the range of 4 to 6, and is preferably set to “5”. For example, when A = 250 and B = 5 are set, as shown in FIG. 9A, the time-series data { pi } is divided into five types of segments each consisting of 50 elements. Are numbered 1-5.

続くステップ204では、B種類のセグメントの中からランダムに1つのセグメントを選出し、選出したセグメントを時系列データ{p}の後方に結合する。例えば、図9(a)に示す時系列データ{x}の場合、乱数発生器(例えば、メルセンヌ・ツイスター擬似乱数発生器)がランダムに出力する1から5まで数字に応じて、当該数字を付したセグメントを選出し、選出したセグメントを時系列データ{p}の最後尾に結合する。以下、セグメントの結合により延長されるこの擬似的な時系列データを時系列データ{x}という。 In the following step 204, one segment is selected at random from the B types of segments, and the selected segment is combined behind the time-series data { pi }. For example, in the case of the time series data {x i } shown in FIG. 9A, a random number generator (for example, Mersenne Twister pseudo random number generator) outputs random numbers 1 to 5 according to the numbers. The selected segment is selected, and the selected segment is coupled to the tail of the time series data {p i }. Hereinafter, the pseudo time series data extended by the combination of segments is referred to as time series data {x i }.

続くステップ205では、時系列データ{x}の要素数が目標数Mに達しているか否かを判断する。その結果、時系列データ{x}の要素数が目標数Mに達していない場合は(ステップ205、No)、ステップ204に戻って、ランダムに選出したセグメントを時系列データ{x}の最後尾に結合する。以降、{x}の要素数が目標数Mに達するまで、図9(b)に示すように、セグメントの結合が繰り返され(ステップ205、No→ステップ204)、{x}の要素数が目標数Mに達した時点で(ステップ205、Yes)、処理はステップ206に進む。ここで、「M」は、DFAの対象となる連続データの要素数を決定するパラメータである。本実施形態において、「M」の値は、25000〜35000の範囲の自然数に設定することが好ましく、「30000」に設定することが望ましい。 In the following step 205, it is determined whether or not the number of elements of the time series data {x i } has reached the target number M. As a result, when the number of elements of the time series data {x i } has not reached the target number M (No at Step 205), the process returns to Step 204, and the randomly selected segment is stored in the time series data {x i }. Join at the end. Thereafter, until the number of elements of {x i } reaches the target number M, as shown in FIG. 9B, the segment combination is repeated (step 205, No → step 204), and the number of elements of {x i } When the target number M is reached (step 205, Yes), the process proceeds to step 206. Here, “M” is a parameter that determines the number of elements of continuous data to be subjected to DFA. In the present embodiment, the value of “M” is preferably set to a natural number in the range of 25000 to 35000, and is preferably set to “30000”.

続くステップ206では、時系列データ{x}を構成するM個のピーク間隔xの平均値xaveを算出した後、時系列データ{x}を構成する各要素から平均値xaveを差し引くことによって、時系列データ{(x-xave)}を生成する。図10(a)および(b)は、それぞれ、時系列データ{x}のグラフおよび時系列データ{(x-xave)}のグラフを例示的に示す。 In step 206, when after calculating the average value x ave of the M peak interval x constituting the series data {x i}, subtracting the mean value x ave from the elements constituting the series data {x i} When Thus, time-series data {(x i -x ave ) i } is generated. FIGS. 10A and 10B exemplarily show a graph of time series data {x i } and a graph of time series data {(x i −x ave ) i }, respectively.

続くステップ207では、時系列データ{(x-xave)}を積分して時系列データ{y}を生成する。下記式(1)は、時系列データ{y}の算出式を示す。 In the subsequent step 207, the time series data {(x i -x ave ) i } is integrated to generate time series data {y i }. The following formula (1) shows a calculation formula of the time series data {y i }.

具体的には、時系列データ{(x-xave)}の各要素を時系列順に足し合わせることによって時系列データ{y}を生成する。図10(c)は、ステップ207で生成される時系列データ{y}のグラフを例示的に示す。 Specifically, the time series data {y i } is generated by adding the elements of the time series data {(x i -x ave ) i } in time series order. FIG. 10C exemplarily shows a graph of the time series data {y i } generated in step 207.

続くステップ208では、上述した一連の手順で生成した擬似的な時系列データ{y}をDFA対象データとして生成順にナンバリングして記憶部24に保存する。その後、処理は、再びステップ201に戻り、以降、ステップ201〜208を繰り返し実行する。このとき、二巡目以降のステップ201では、記憶部24に保存されている時系列データ{t}の中から、直前のステップ201でロードした(A+1)個のピーク時刻tにおける(A+1)番目のピーク時刻tを重複する形で(A+1)個の要素をロードすることが好ましい。 In the subsequent step 208, the pseudo time-series data {y i } generated by the above-described series of procedures is numbered as DFA target data in the order of generation and stored in the storage unit 24. Thereafter, the process returns to step 201 again, and thereafter, steps 201 to 208 are repeatedly executed. At this time, in step 201 after the second round, (A + 1) at (A + 1) peak times t loaded in the immediately preceding step 201 from the time-series data {t i } stored in the storage unit 24. It is preferable to load (A + 1) elements so as to overlap the peak time t.

また、二巡目以降のステップ201において、直前のステップ201でロードした(A+1)個の要素の中の2以上の要素を重複する形で(A+1)個の要素をロードするようにしてもよい。例えば、図11に示すように、A=250に設定した場合、最初のステップ201で、251個の要素(第1データ)をロードした後、二巡目のステップ201で、第1データの後半の126個の要素に未ロードの125個の要素を加えた251個の要素(第2データ)をロードし、三巡目のステップ201で、第2データの後半の126個の要素に未ロードの125個の要素を加えた251個の要素(第3データ)をロードするといった手順を繰り返してもよい。   In step 201 after the second round, (A + 1) elements may be loaded in such a manner that two or more elements in (A + 1) elements loaded in the immediately preceding step 201 overlap. . For example, as shown in FIG. 11, when A = 250 is set, 251 elements (first data) are loaded in the first step 201, and then the second half of the first data in step 201 of the second round. 251 elements (second data) obtained by adding 125 unloaded elements to 126 elements of the second data are loaded, and in step 201 of the third round, the latter 126 elements of the second data are not loaded. The procedure of loading 251 elements (third data) obtained by adding the 125 elements may be repeated.

以上、DFA対象データ生成部23が実行する処理について説明してきたが、続いて、DFA実行部25が実行する処理を図12および図13に示すフローチャートに基づいて説明する。   The process executed by the DFA target data generation unit 23 has been described above. Next, the process executed by the DFA execution unit 25 will be described based on the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13.

まず、処理開始時において、時系列データ{y}の生成順を示すカウンタ[c]を初期値「1」にセットする(ステップ301)。 First, at the start of processing, a counter [c] indicating the generation order of the time series data {y i } is set to an initial value “1” (step 301).

続くステップ302では、c番目(開始時においては1番目)の時系列データ{y}を記憶部24からロードする。 In subsequent step 302, the c-th (first at the start) time-series data {y i } is loaded from the storage unit 24.

続くステップ303では、記憶部24に格納されるボックスサイズ・データから設定されたボックスサイズ範囲のボックスサイズ・データをロードする。ここで、ボックスサイズ・データとは、DFAにおいて使用する複数のボックスサイズ(整数)のセットを意味し、ボックスサイズとは、データの要素数を意味し、ボックスサイズ範囲とは、DFAにおいて使用するボックスサイズ(整数)がとる範囲を意味する。   In the subsequent step 303, the box size data in the box size range set from the box size data stored in the storage unit 24 is loaded. Here, the box size data means a set of a plurality of box sizes (integers) used in the DFA, the box size means the number of data elements, and the box size range is used in the DFA. It means the range that box size (integer) takes.

図14は、記憶部24に格納されるボックスサイズ・データを例示的に示す。図14に示すボックスサイズ・データは、10〜1000の範囲に存在する136個の整数をボックスサイズとして有しており、136個の整数は、10〜100の間は1ずつ増分し、100〜500の間は10ずつ増分し、500〜1000の間は100ずつ増分している。   FIG. 14 exemplarily shows box size data stored in the storage unit 24. The box size data shown in FIG. 14 has 136 integers in the range of 10 to 1000 as the box size, and the 136 integers are incremented by 1 between 10 and 100, During 500, it is incremented by 10 and between 500 and 1000 is incremented by 100.

ステップ303では、図14に示す整数群の中から設定されたボックスサイズ範囲の整数群をロードする。ここで、ボックスサイズ範囲は、測定対象に応じた適切な範囲を予め設定しておく。例えば、転がり軸受に代表されるような精密な人工の回転体を測定対象とする場合は、ボックスサイズ範囲を10〜30を中心とした範囲に設定することが好ましい。仮に、当該回転体に係る解析対象信号の周波数を100Hzとすれば、上記ボックスサイズ範囲は、0.1秒〜0.3秒を中心とした時間長の範囲に置き換えて把握することができる。また、回転体を含む複数の部品が非線形結合してなる複合体(例えば、自動車)を測定対象とする場合は、ボックスサイズ範囲を30〜60を中心とした範囲に設定することが好ましい。仮に、当該複合体に係る解析対象信号の周波数を100Hzとすれば、上記ボックスサイズ範囲は、0.3秒〜0.6秒を中心とした時間長の範囲に置き換えて把握することができる。さらに、心拍信号に代表されるような周期的な生体信号を測定対象とする場合は、ボックスサイズ範囲を30〜270を中心とした範囲に設定することが好ましい。仮に、当該生体信号の周波数を1Hzとすれば、上記ボックスサイズ範囲は、30秒〜270秒を中心とした時間長の範囲に置き換えて把握することができる。   In step 303, an integer group in the set box size range is loaded from the integer groups shown in FIG. Here, as the box size range, an appropriate range according to the measurement target is set in advance. For example, when a precise artificial rotating body such as a rolling bearing is used as a measurement object, it is preferable to set the box size range to a range centering on 10 to 30. If the frequency of the analysis target signal related to the rotating body is 100 Hz, the box size range can be grasped by replacing it with a time length range centering on 0.1 second to 0.3 second. Moreover, when measuring the composite_body | complex (for example, motor vehicle) which a several component containing a rotary body couple | bonds nonlinearly, it is preferable to set a box size range to the range centering on 30-60. If the frequency of the signal to be analyzed related to the complex is 100 Hz, the box size range can be grasped by replacing it with a time length range centering on 0.3 seconds to 0.6 seconds. Furthermore, when a periodic biological signal typified by a heartbeat signal is to be measured, it is preferable to set the box size range to a range centering on 30 to 270. If the frequency of the biological signal is 1 Hz, the box size range can be grasped by replacing it with a time length range centering on 30 seconds to 270 seconds.

続くステップ304では、ロードしたボックスサイズ・データの中から最初のボックスサイズ[N](例えば[10])をセットする。   In the subsequent step 304, the first box size [N] (for example, [10]) is set from the loaded box size data.

続くステップ305では、ステップ302でロードした時系列データ{y}をその時点でセットされているボックスサイズ[N]で分割する。例えば、その時点でセットされているボックスサイズが[10]であった場合、時系列データ{y}を10個の要素を含む小区間(以下、ボックスという)に分割する。この場合、時系列データ{y}はM個の要素からなるので、ステップ305において、時系列データ{y}は、M/N個のボックスに分割されることになる。図15(a)は、ボックスサイズ[10]で分割した時系列データ{y}を示す。この場合、各ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)は、10個の要素を含む。 In the following step 305, the time series data {y i } loaded in step 302 is divided by the box size [N] set at that time. For example, when the box size set at that time is [10], the time-series data {y i } is divided into small sections (hereinafter referred to as boxes) including 10 elements. In this case, since the time series data {y i } is composed of M elements, in step 305, the time series data {y i } is divided into M / N boxes. FIG. 15A shows time-series data {y i } divided by the box size [10]. In this case, each box (BOX (1), BOX (2), BOX (3)...) Includes 10 elements.

続くステップ306では、分割後のボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)のそれぞれにつき、当該ボックス内に存在するN個のデータに対して近似曲線をフィッティングし、当該近似曲線上の値を各ボックスの局所トレンドyとして決定する。ここで、近似曲線のフィッティングは1次関数から4次関数までを用いた最小二乗法によって行うことができる。なお、ここでいう近似曲線は、直線を含む概念である。図15(b)は、各ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)に対して近似曲線y(y(1)、y(2)、y(3)…)をフィッティングした状態を示している。なお、図15(b)においては、説明の便宜上、近似曲線を1次関数で示している。 In the subsequent step 306, for each of the divided boxes (BOX (1), BOX (2), BOX (3)...), An approximate curve is fitted to N data existing in the box, The value on the approximate curve is determined as the local trend y v for each box. Here, fitting of the approximate curve can be performed by a least square method using a linear function to a quartic function. The approximate curve here is a concept including a straight line. FIG. 15B shows approximate curves y v (y v (1), y v (2), y v (3) for each box (BOX (1), BOX (2), BOX (3)...). ) ...) is shown in a fitted state. In FIG. 15B, the approximate curve is shown as a linear function for convenience of explanation.

続くステップ308では、ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)のそれぞれにつき、ボックスを構成する各要素から当該ボックスについて決定した局所トレンドyを差し引くことにより、時系列データ{z}を生成する。下記式(2)は、時系列データ{z}の式を示し、図15(c)は、ステップ306で生成される時系列データ{z}のグラフを示す。 In the subsequent step 308, for each of the boxes (BOX (1), BOX (2), BOX (3)...), The local trend y v determined for the box is subtracted from each element constituting the box to obtain a time series. Data {z i } is generated. The following equation (2) shows an equation of time series data {z i }, and FIG. 15C shows a graph of the time series data {z i } generated in step 306.

続くステップ308では、時系列データ{z}のボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)のそれぞれにつき、ボックスを構成する先頭の要素(点線の丸で囲んで示す)の値と末尾の要素(点線の四角で囲んで示す)の値の差分を求める。 In the subsequent step 308, each of the boxes (BOX (1), BOX (2), BOX (3)...) Of the time series data {z i } is shown by enclosing the box with the first element (dotted circle). ) And the value of the last element (indicated by a dotted square).

なお、上述したステップ307および308の処理に代えて、以下の方法を採用して計算量を軽減してもよい。すなわち、各ボックス(BOX(1)、BOX(2)、BOX(3)…)の先頭の要素から対応する局所トレンドyを差し引いた値と末尾の要素から対応する局所トレンドyを差し引いた値の差分を求める方法である。 Note that the following method may be employed in place of the processing in steps 307 and 308 described above to reduce the amount of calculation. That is, each box (BOX (1), BOX ( 2), BOX (3) ...) by subtracting the corresponding local trend y v from corresponding local trend y v values are subtracted and trailing elements from the first element in the This is a method for obtaining a difference between values.

続くステップ309では、全てのボックスについて求めた差分(先頭と末尾の差分)の二乗平均平方根[S]を算出する。   In the subsequent step 309, the root mean square [S] of the difference (difference between the beginning and the end) obtained for all boxes is calculated.

続くステップ310では、ステップ309で算出した二乗平均平方根[S]とその時点でセットされているボックスサイズ[N]からなる数値の組(N,S)を記録する。   In the subsequent step 310, a set of numerical values (N, S) consisting of the root mean square [S] calculated in step 309 and the box size [N] set at that time is recorded.

続くステップ311では、ステップ303でロードしたボックスサイズ・データに含まれる全てのボックスサイズ[N]について、組(N,S)を記録したか否かを判断する。その結果、全てのボックスサイズ[N]について組(N,S)の記録が完了していない場合には(ステップ311、No)、処理はステップ312に進む。   In the subsequent step 311, it is determined whether or not a set (N, S) has been recorded for all box sizes [N] included in the box size data loaded in step 303. As a result, when the recording of the group (N, S) is not completed for all box sizes [N] (No at Step 311), the process proceeds to Step 312.

ステップ312では、ステップ303でロードしたボックスサイズ・データに含まれる値の中から次のボックスサイズ[N](例えば[11])を新たにセットする。その後、処理は、再びステップ305に戻り、以降、ステップ311において、全てのボックスサイズ[N]について組(N,S)を記録したと判断されるまでの間、上述した一連の処理(S305〜S312)を繰り返す。   In step 312, the next box size [N] (for example, [11]) is newly set from the values included in the box size data loaded in step 303. Thereafter, the process returns to step 305 again, and thereafter, until it is determined in step 311 that the set (N, S) has been recorded for all box sizes [N], the above-described series of processes (S305 to S305). S312) is repeated.

つまり、本実施形態では、ステップ303でロードしたボックスサイズ・データに含まれる全てのボックスサイズについて、上述した一連の処理(S304〜S312)を実行することによって、ボックスサイズの数だけ数値の組(N,S)が記録される。   In other words, in the present embodiment, by executing the above-described series of processing (S304 to S312) for all the box sizes included in the box size data loaded in step 303, a set of numerical values corresponding to the number of box sizes ( N, S) is recorded.

ここで、ボックスサイズ[N]と二乗平均平方根[S]の関係は、下記式(3)に示す関数S(N)として定義される。なお、下記式(3)において、“M”は時系列データ{y}の要素数を示し、“N”はボックスサイズを示し、“zjN+N−zjN+1“は、j番目のボックスの先頭の要素(zjN+1)と末尾の要素(zjN+N)の差分(変位)を示す。 Here, the relationship between the box size [N] and the root mean square [S] is defined as a function S (N) shown in the following equation (3). In the following formula (3), “M” indicates the number of elements of the time series data {y i }, “N” indicates the box size, and “z jN + N −z jN + 1 ” indicates the top of the j-th box. The difference (displacement) between the element (z jN + 1 ) and the last element (z jN + N ) is shown.

一方、ステップ311において、全てのボックスサイズ[N]について組(N,S)を記録したと判断した場合(ステップ311、Yes)、処理は、図13に示すステップ313に進む。   On the other hand, if it is determined in step 311 that a set (N, S) has been recorded for all box sizes [N] (step 311, Yes), the process proceeds to step 313 shown in FIG. 13.

ステップ313では、記録した組(N,S)を両対数スケールでプロットし、これに1次関数をフィッティングする。   In step 313, the recorded set (N, S) is plotted on a log-log scale, and a linear function is fitted thereto.

続くステップ314では、フィッティングした1次関数の傾きをスケーリング指数αとして取得する。   In the subsequent step 314, the slope of the fitted linear function is acquired as the scaling index α.

続くステップ315では、このスケーリング指数αを取得順にナンバリングして記憶部24に保存する。   In the subsequent step 315, the scaling index α is numbered in the order of acquisition and stored in the storage unit 24.

続くステップ316では、[c]を1増分し、その後、処理は、再び、図12に示すステップ302に戻る。以降、上述した一連の処理(S302〜S316)を繰り返し実行する。   In the following step 316, [c] is incremented by 1, and then the process returns to step 302 shown in FIG. Thereafter, the above-described series of processing (S302 to S316) is repeatedly executed.

以上、DFA実行部25が時系列データ{y}に基づいてスケーリング指数αを求める処理について説明してきた。上述したDFAの手法は、解析対象信号のゆらぎの分布関数がガウス分布である場合だけでなく、レヴィ分布である場合にも有効である点で好ましい手法である。ただし、解析対象信号のゆらぎの分布関数がガウス分布である場合には、他の既知のDFAの手法でスケーリング指数を求めるようにしてもよい。例えば、下記式(4)、(5)に基づいて時系列データ{y}の各ボックスにおける分散の平均F(N)を算出し、ボックスサイズNおよび分散Fを両対数スケールでプロットし、これにフィッティングした1次関数の傾きをスケーリング指数αとして求めてもよい。なお、下記式(4)、(5)において、“N”はボックスサイズ示し、“M”は時系列データ{y}の要素数を示し、“y(jN+k)”は居所トレンドのフィッティング関数を示す。 As described above, the process in which the DFA execution unit 25 obtains the scaling index α based on the time series data {y i } has been described. The DFA method described above is a preferable method because it is effective not only when the distribution function of fluctuation of the signal to be analyzed is a Gaussian distribution but also when it is a Levy distribution. However, when the distribution function of fluctuation of the signal to be analyzed is a Gaussian distribution, the scaling index may be obtained by another known DFA method. For example, the average F (N) of variance in each box of the time series data {y i } is calculated based on the following formulas (4) and (5), the box size N and the variance F are plotted on a logarithmic scale, The slope of the linear function fitted thereto may be obtained as the scaling index α. In the following formulas (4) and (5), “N” indicates the box size, “M” indicates the number of elements of the time series data {y i }, and “y v (jN + k)” indicates the location trend. The fitting function of is shown.

以上、DFA実行部25が実行する処理について説明してきたが、続いて、スケーリング指数積算部26が実行する処理を図16に示すフローチャートに基づいて説明する。   The processing executed by the DFA execution unit 25 has been described above. Subsequently, the processing executed by the scaling index integration unit 26 will be described based on the flowchart shown in FIG.

まず、処理開始時において、閾値αthをセットする(ステップ401)。ここで、閾値αthは、測定対象となる物体の正常時の解析対象信号のDFAにより取得されるスケーリング指数を基準として設定する。具体的には、正常時のスケーリング指数に適切なマージンを加えた値を閾値αthとする。 First, at the start of processing, a threshold αth is set (step 401). Here, the threshold α th is set with reference to the scaling index acquired by DFA of the analysis target signal when the object to be measured is normal. Specifically, a value obtained by adding an appropriate margin to the normal scaling index is set as the threshold α th .

例えば、精密軸受に代表される精密な人工の回転体の正常時のスケーリング指数は、概ね「0」に近い値になるので、このような回転体を測定対象とする場合は、0.2〜0.5の範囲の適切な値を閾値αthとして設定することができる。また、複数の部品が非線形結合してなる複合体(モーターや内燃機関、これらを搭載した自動車など)のスケーリング指数は、概ね「0.5」を中心とした値になるので、このような複合体を測定対象とする場合は、0.6〜1.0の範囲の適切な値を閾値αthとして設定することができる。 For example, the normal scaling index of a precision artificial rotating body represented by a precision bearing is a value close to “0” in general. An appropriate value in the range of 0.5 can be set as the threshold value αth . In addition, since the scaling index of composites (motors, internal combustion engines, automobiles equipped with these, etc.) that are formed by nonlinearly coupling multiple parts is a value centered on "0.5", such composites When the body is a measurement target, an appropriate value in the range of 0.6 to 1.0 can be set as the threshold α th .

続くステップ402では、スケーリング指数αの取得順を示すカウンタ[d]を初期値「1」にセットするとともに、スケーリング指数αの値を積算するための積算カウンタ[I]を初期値「0」にセットする(ステップ402)。   In the subsequent step 402, the counter [d] indicating the acquisition order of the scaling index α is set to the initial value “1”, and the integration counter [I] for integrating the values of the scaling index α is set to the initial value “0”. Set (step 402).

続くステップ403では、d番目のスケーリング指数αを記憶部24からロードする。   In subsequent step 403, the d-th scaling index α is loaded from the storage unit 24.

続くステップ404では、ロードしたスケーリング指数αが閾値αthを下回っているか否かを判断する。その結果、閾値αthを下回っていない場合には(ステップ404、No)、最新の[I]の値にロードしたスケーリング指数αの値を加算した後(ステップ405)、ステップ407に進む。一方、閾値αthを下回っている場合には(ステップ404、Yes)、最新の[I]を初期値[0]にリセットした後(ステップ406)、ステップ407に進む。 In the next step 404, it is determined whether or not the loaded scaling index α is below the threshold value αth . As a result, when the threshold value αth is not below (No in Step 404), the value of the scaling index α loaded is added to the latest value of [I] (Step 405), and then the process proceeds to Step 407. On the other hand, if the threshold value αth is below (step 404, Yes), the latest [I] is reset to the initial value [0] (step 406), and then the process proceeds to step 407.

続くステップ407では、[d]を1増分し、その後、処理は、再びステップ403に戻る。以降、上述した一連の処理(S403〜S407)を繰り返し実行する。   In the subsequent step 407, [d] is incremented by 1, and then the process returns to step 403 again. Thereafter, the series of processes (S403 to S407) described above are repeatedly executed.

ここで、ロードしたスケーリング指数αが閾値αthを下回っていた場合に最新の[I]を初期値[0]にリセットする理由について説明する。 Here, the reason why the latest [I] is reset to the initial value [0] when the loaded scaling index α is below the threshold α th will be described.

図17(a)は、DFA実行部25が取得するスケーリング指数αの時系列グラフ200を示す。図17(a)に示すように、DFA実行部25が取得するスケーリング指数αは、時間経過の中で大きく増減するため、スケーリング指数αの値そのものに着目するやり方では、測定対象の物体内部に生じたひずみを評価することは難しい。この点につき、本発明は、時間経過の中でスケーリング指数αの値が閾値αthを超えて高止まりする状態を測定対象の物体内部にひずみが蓄積している状態として捉えること特徴とする。つまり、本実施形態では、上述した積算値をリセットするステップ(ステップ404→ステップ406)を採用することにより、スケーリング指数αが高止まりする期間の長さを積算値の大きさで表すようになっている。 FIG. 17A shows a time series graph 200 of the scaling index α acquired by the DFA execution unit 25. As shown in FIG. 17A, the scaling index α acquired by the DFA execution unit 25 greatly increases / decreases over time. Therefore, in the method of paying attention to the value of the scaling index α itself, the scaling index α is set inside the object to be measured. It is difficult to evaluate the resulting strain. With respect to this point, the present invention is characterized in that the state in which the value of the scaling index α stays high over the threshold value αth as time passes is regarded as a state in which strain is accumulated inside the object to be measured. That is, in the present embodiment, by adopting the above-described step of resetting the integrated value (step 404 → step 406), the length of the period during which the scaling index α remains high is represented by the size of the integrated value. ing.

上述した点を理解するために、図17(b)にスケーリング指数積算部26が導出するスケーリング指数αの積算値の時系列グラフ300を示す。なお、時系列グラフ300は、図17(a)に示すスケーリング指数αについて閾値αthを[1.0]にセットした場合の積算値の時系列グラフである。ここで、時系列グラフ200と時系列グラフ300を対比すれば、時間経過の中で、スケーリング指数αが高止まりする期間(時系列グラフ200おいて破線で囲む)の継続に従って、積算グラフ200において積算値が増大していることが理解されるであろう。 In order to understand the above-described points, FIG. 17B shows a time series graph 300 of integrated values of the scaling index α derived by the scaling index integration unit 26. The time series graph 300 is a time series graph of integrated values when the threshold α th is set to [1.0] for the scaling index α shown in FIG. Here, if the time-series graph 200 and the time-series graph 300 are compared, in the integrated graph 200, the continuation of the period during which time the scaling index α remains high (enclosed by a broken line in the time-series graph 200). It will be understood that the integrated value has increased.

以上、スケーリング指数積算部26が実行する処理について説明してきたが、続いて、出力情報生成部27が実行する処理を説明する。   The processing executed by the scaling index integration unit 26 has been described above. Subsequently, the processing executed by the output information generation unit 27 will be described.

出力情報生成部27は、スケーリング指数積算部26が導出するスケーリング指数αの最新の積算値に基づいて出力情報を生成する。ここでいう出力情報とは、ディスプレイ40に出力する画像データ、スピーカー50に出力する音声データ、他の装置60を制御する制御データを含む概念である。   The output information generation unit 27 generates output information based on the latest integration value of the scaling index α derived by the scaling index integration unit 26. The output information here is a concept including image data to be output to the display 40, audio data to be output to the speaker 50, and control data for controlling another device 60.

好ましい実施形態では、出力情報生成部27は、カウンタ[I]の値に基づいて、図17(b)に示すようなスケーリング指数αの積算値の時系列グラフを表示するための画像データを生成する。出力情報生成部27は、スケーリング指数αの積算値が更新される度に最新の積算値を反映した時系列グラフを表示する画像データを生成してディスプレイ40に出力する。この場合、ユーザは、ディスプレイ40に表示される時系列グラフにおいて、折れ線グラフの三角形状の波形が大きく成長する様子から測定対象となる物体の内部でひずみが蓄積していることを直観的に把握することができ、これを物体の破壊や崩壊の予兆として捉えることができる。なお、別法では、スケーリング指数αの最新の積算値を棒グラフで表現することもできる。この場合、ユーザは、ディスプレイ40に表示される棒グラフが伸長する様子を物体の破壊や崩壊の予兆として捉えることができる。   In the preferred embodiment, the output information generation unit 27 generates image data for displaying a time series graph of the integrated value of the scaling index α as shown in FIG. 17B based on the value of the counter [I]. To do. The output information generation unit 27 generates image data for displaying a time series graph reflecting the latest integrated value every time the integrated value of the scaling index α is updated, and outputs the image data to the display 40. In this case, in the time series graph displayed on the display 40, the user intuitively grasps that the strain is accumulated inside the object to be measured from the state that the triangular waveform of the line graph grows greatly. Can be seen as a sign of the destruction or collapse of the object. In another method, the latest integrated value of the scaling index α can be expressed by a bar graph. In this case, the user can grasp that the bar graph displayed on the display 40 is extended as a sign of destruction or collapse of the object.

また、出力情報生成部27は、カウンタ[I]の値に基づいて、スケーリング指数αの最新の積算値の大きさに応じた警報音を発音するための音声データを生成する。具体的には、積算値について1以上の適切な閾値を定めておき、積算値が所定の閾値に達した時点でその閾値の大きさに応じた音色や音量の警報音を発音するための音声データを生成してスピーカー50に出力する。この場合、ユーザは、スピーカー50が発音する警報音を測定対象となる物体の破壊や崩壊の予兆として捉えることができる。   Further, the output information generation unit 27 generates audio data for generating an alarm sound according to the latest integrated value of the scaling index α based on the value of the counter [I]. Specifically, an appropriate threshold value of 1 or more is set for the integrated value, and when the integrated value reaches a predetermined threshold value, a sound for generating an alarm sound having a timbre or volume corresponding to the magnitude of the threshold value. Data is generated and output to the speaker 50. In this case, the user can recognize the alarm sound generated by the speaker 50 as a sign of destruction or collapse of the object to be measured.

さらに、出力情報生成部27は、カウンタ[I]の値に基づいて、他の装置60を制御するための制御データを生成する。ここで、他の装置60とは、例えば、測定対象の運動物体の制御装置60である。この場合、出力情報生成部27は、積算値が所定の閾値に達した時点でその閾値の大きさに応じて、測定対象の運動物体の制御データを生成して制御装置60に出力する。ここでいう制御データは、例えば、運動物体の速度を制御する速度制御データであり、好ましくは、緊急停止信号である。この場合、運動物体は、当該信号を受けて緊急停止することで破壊や崩壊を免れる。   Further, the output information generation unit 27 generates control data for controlling the other device 60 based on the value of the counter [I]. Here, the other device 60 is, for example, the control device 60 for the moving object to be measured. In this case, when the integrated value reaches a predetermined threshold value, the output information generation unit 27 generates control data of the moving object to be measured according to the magnitude of the threshold value, and outputs the control data to the control device 60. The control data here is, for example, speed control data for controlling the speed of the moving object, and is preferably an emergency stop signal. In this case, the moving object is prevented from being destroyed or collapsed by receiving an emergency stop upon receiving the signal.

以上、出力情報生成部27が実行する処理について説明してきたが、続いて、測定モード設定部22が実行する処理を説明する。   The process executed by the output information generation unit 27 has been described above. Next, the process executed by the measurement mode setting unit 22 will be described.

本実施形態においては、予定される測定対象の類型に応じた複数の測定モードを用意し、測定モード毎に上述した各種パラメータのプリセットデータを記憶部24に格納しておく。本実施形態におけるプリセットデータとしては、ピーク時刻取得部21が使用するパラメータ(信号サンプリングレート、検出期間T1、待機期間T2、閾値電圧VTh)、DFA対象データ生成部23が使用するパラメータ(A、B、M)、DFA実行部25が使用するパラメータ(ボックスサイズ範囲)、スケーリング指数積算部26が使用するパラメータ(閾値αth)、加振信号生成部32に生成させる加振信号の周波数、正弦波発振回路34に発振させる正弦波信号の周波数、などを例示することができる。本実施形態において、測定モード設定部22は、ユーザが選択した測定モードに対応するプリセットデータを記憶部24からロードし、ロードしたプリセットデータに含まれる各パラメータを対応する各機能部にセットする。 In the present embodiment, a plurality of measurement modes corresponding to the type of measurement object to be planned are prepared, and preset data of various parameters described above is stored in the storage unit 24 for each measurement mode. As preset data in this embodiment, parameters used by the peak time acquisition unit 21 (signal sampling rate, detection period T1, standby period T2, threshold voltage V Th ), parameters used by the DFA target data generation unit 23 (A, B, M), parameters used by the DFA execution unit 25 (box size range), parameters used by the scaling index integration unit 26 (threshold α th ), the frequency of the excitation signal generated by the excitation signal generation unit 32, and sine The frequency of the sine wave signal to be oscillated by the wave oscillation circuit 34 can be exemplified. In the present embodiment, the measurement mode setting unit 22 loads preset data corresponding to the measurement mode selected by the user from the storage unit 24, and sets each parameter included in the loaded preset data in each corresponding function unit.

以上、説明したように、本実施形態の信号解析システムによれば、物体が発する振動波形のゆらぎをDFAで連続的に解析することによって、物体内部に発生したひずみの蓄積状態をスケーリング指数の積分値によって定量的に評価することができるようになる。例えば、周波数300Hzの解析対象信号に対して上述したパラメータ「A」を300に設定した場合、本実施形態の信号解析システムは、約1秒の時間分解能をもって物体内部に発生したひずみの蓄積状態を評価することができる。   As described above, according to the signal analysis system of this embodiment, by continuously analyzing the fluctuation of the vibration waveform generated by the object using the DFA, the accumulation state of the strain generated inside the object is integrated with the scaling index. The value can be quantitatively evaluated. For example, when the above-described parameter “A” is set to 300 for an analysis target signal having a frequency of 300 Hz, the signal analysis system according to the present embodiment displays the accumulation state of strain generated inside the object with a time resolution of about 1 second. Can be evaluated.

なお、本実施形態の信号解析システムによれば、測定対象となる物体に振動センサを常設することによって、当該物体の状態の常時監視が可能になる。この場合、振動センサのセンサ信号を常時連続的に取得するようにしてもよいし、所定期間に渡ってセンサ信号を取得することを間欠的に繰り返すようにしてもよい。   In addition, according to the signal analysis system of this embodiment, by constantly installing a vibration sensor on an object to be measured, it is possible to constantly monitor the state of the object. In this case, the sensor signal of the vibration sensor may be acquired continuously all the time, or the acquisition of the sensor signal over a predetermined period may be repeated intermittently.

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   As described above, the present invention has been described with the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as long as the operations and effects of the present invention are exhibited within the scope of embodiments that can be considered by those skilled in the art. It is included in the scope of the present invention.

また、上述したコンピュータ20の各機能は、C、C++、C#、Java(登録商標)などで記述された装置実行可能なプログラムにより実現することができ、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、CD−ROM、MO、DVD、フレキシブルディスク、EEPROM、EPROMなどの装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。   Each function of the computer 20 described above can be realized by a device-executable program written in C, C ++, C #, Java (registered trademark), etc. The program of this embodiment includes a hard disk device, It can be stored and distributed on a device-readable recording medium such as a CD-ROM, MO, DVD, flexible disk, EEPROM, EPROM, etc., and can be transmitted via a network in a format that other devices can.

以下、本発明の信号解析システムについて、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the signal analysis system of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples described later.

(実験1:周期振動する運動物体の測定)
固定台の上にモーターを設置した上で、モーターを約300Hzで駆動させた。なお、本実験においては、モーターの破壊を促すためにモーターをガラスウールで被覆してあえて内部に熱がこもるようにした。この状態で、固定台に取り付けた振動センサ(ピエゾ素子)のセンサ信号を本発明の信号解析システムを使用して解析した。下記表1は、実験1で信号解析システムに設定したパラメータの値をまとめて示す。
(Experiment 1: Measurement of a moving object that oscillates periodically)
After setting the motor on the fixed base, the motor was driven at about 300 Hz. In this experiment, the motor was covered with glass wool to encourage the destruction of the motor so that heat was trapped inside. In this state, the sensor signal of the vibration sensor (piezo element) attached to the fixed base was analyzed using the signal analysis system of the present invention. Table 1 below collectively shows the parameter values set in the signal analysis system in Experiment 1.

(実験1の結果)
モーターの駆動を開始してしばらくすると、信号解析システムが表示する折れ線グラフにおいて三角形状の波形が大きく成長し始めたが、この時点では、特に異変は感じ取れなかった。その後、しばらくしてモーターから異音が発生し、最終的にモーターは停止した。
(Result of Experiment 1)
A short time after starting the motor drive, the triangular waveform began to grow greatly in the line graph displayed by the signal analysis system, but at this point in time, no particular change was felt. After a while, an abnormal noise was generated from the motor, and finally the motor stopped.

(実験2:静止物体の測定)
固定台の上にアルミ製の棒材を固定した上で、この棒材に周波数300Hzの音を発信するスピーカーを固定することで振動を入力した。その上で、棒材の一方の端につるした水桶に徐々に水を注入することによって棒材に応力が生じるようにした。この状態で、棒材に取り付けた振動センサ(ピエゾ素子)のセンサ信号を本発明の信号解析システムを使用して解析した。下記表2は、実験2で信号解析システムに設定したパラメータの値をまとめて示す。
(Experiment 2: Measurement of a stationary object)
After fixing a bar made of aluminum on a fixed base, vibration was input by fixing a speaker that transmits a sound of frequency 300 Hz to the bar. On top of that, stress was generated in the bar by gradually injecting water into a water tank hung on one end of the bar. In this state, the sensor signal of the vibration sensor (piezo element) attached to the bar was analyzed using the signal analysis system of the present invention. Table 2 below collectively shows the parameter values set in the signal analysis system in Experiment 2.

(実験2の結果)
水桶への水の注入を開始してしばらくすると、本発明の信号解析システムが表示する折れ線グラフにおいて三角形状の波形が大きく成長し始めた。その後、しばらくして棒材が水桶の重みに負けて折れ曲がった。
(Result of Experiment 2)
A short time after starting the injection of water into the water tank, a triangular waveform began to grow greatly in the line graph displayed by the signal analysis system of the present invention. After a while, the bar was bent by the weight of Minamata.

以上の実験結果から、本発明の信号解析システムによれば、スケーリング指数の積分値に基づいて物体の破壊や崩壊の予兆を捉えることができることが示された。   From the above experimental results, it was shown that according to the signal analysis system of the present invention, a sign of destruction or collapse of an object can be captured based on the integral value of the scaling index.

10…振動センサ
12…加振器
20…コンピュータ
21…ピーク時刻取得部
22…測定モード設定部
23…DFA対象データ生成部
24…記憶部
25…DFA実行部
26…スケーリング指数積算部
27…出力情報生成部
32…加振信号生成部
34…正弦波発振回路
36…信号重畳回路
40…ディスプレイ
50…スピーカー
60…他の装置
100…信号解析システム
200…スケーリング指数の時系列データ
300…スケーリング指数の積算値の時系列データ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vibration sensor 12 ... Exciter 20 ... Computer 21 ... Peak time acquisition part 22 ... Measurement mode setting part 23 ... DFA object data generation part 24 ... Storage part 25 ... DFA execution part 26 ... Scaling index integration part 27 ... Output information Generation unit 32 ... Excitation signal generation unit 34 ... Sine wave oscillation circuit 36 ... Signal superposition circuit 40 ... Display 50 ... Speaker 60 ... Other device 100 ... Signal analysis system 200 ... Time series data of scaling index 300 ... Integration of scaling index Value time series data

Claims (22)

解析対象信号のピーク時刻を取得するピーク時刻取得部と、
前記ピーク時刻取得部が取得した前記ピーク時刻に基づいてDFA対象データを生成するDFA対象データ生成部と、
前記DFA対象データに基づいてDFAを実行してスケーリング指数を取得するDFA実行部と、
取得した前記スケーリング指数を積算するスケーリング指数積算部と、
を含み、
前記DFA対象データ生成部は、
前記ピーク時刻取得部が取得した前記ピーク時刻を時系列順に(A+1)個ずつロードし、ロードした該(A+1)個のピーク時刻に基づいてA個のピーク間隔を算出し、該A個のピーク間隔を要素とする時系列データに基づいてM個の要素を含む擬似的な時系列データを前記DFA対象データとして生成する処理を繰り返し実行し(A、Mはともに自然数であり、MはAより大きい。以下同様。)、
前記DFA実行部は、
前記DFA対象データ生成部が生成した前記DFA対象データを生成順にロードし、ロードした該DFA対象データに基づいて前記スケーリング指数を取得する処理を繰り返し実行し、
前記スケーリング指数積算部は、
前記DFA実行部が取得した前記スケーリング指数を取得順にロードし、ロードした該スケーリング指数が所定の閾値を下回っていない場合には該スケーリング指数を最新の積算値に加算し、ロードした該スケーリング指数が該所定の閾値を下回っている場合には最新の積算値をリセットする処理を繰り返し実行する、
信号解析システム。
A peak time acquisition unit for acquiring the peak time of the analysis target signal;
A DFA target data generation unit that generates DFA target data based on the peak time acquired by the peak time acquisition unit;
A DFA execution unit that acquires a scaling index by executing DFA based on the DFA target data;
A scaling index integration unit for integrating the acquired scaling index;
Including
The DFA target data generation unit
The peak times acquired by the peak time acquisition unit are loaded in order of time series (A + 1), A peak intervals are calculated based on the loaded (A + 1) peak times, and the A peaks A process of repeatedly generating pseudo time-series data including M elements as the DFA target data based on time-series data having intervals as elements (A and M are both natural numbers, and M is more than A Big.
The DFA execution unit
Loading the DFA target data generated by the DFA target data generation unit in the order of generation, repeatedly executing the process of obtaining the scaling index based on the loaded DFA target data,
The scaling index integration unit is
The scaling exponents acquired by the DFA execution unit are loaded in the order of acquisition, and if the loaded scaling exponent is not below a predetermined threshold, the scaling exponent is added to the latest integrated value, and the loaded scaling exponent is If it is below the predetermined threshold, repeatedly execute the process of resetting the latest integrated value,
Signal analysis system.
前記DFA対象データ生成部は、
前記A個のピーク間隔を要素とする時系列データを複数のセグメントに分割し、該時系列データの後方にランダムに選出した1つのセグメントを足し合わせることを繰り返してM個のピーク間隔を要素とする擬似的な時系列データを生成し、該擬似的な時系列データの各要素から平均値を引いた値を積分してなる擬似的な時系列データを前記DFA対象データとして生成する、
請求項1に記載の信号解析システム。
The DFA target data generation unit
The time series data having the A peak interval as an element is divided into a plurality of segments, and one randomly selected segment is added to the rear of the time series data to repeat the M peak intervals as elements. Generating pseudo time-series data, and generating pseudo time-series data obtained by integrating values obtained by subtracting an average value from each element of the pseudo-time-series data as the DFA target data.
The signal analysis system according to claim 1.
前記積算値に基づいて出力情報を生成する出力情報生成部をさらに含む、請求項1または2に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to claim 1, further comprising an output information generation unit that generates output information based on the integrated value. 前記出力情報は、最新の前記積算値を反映したグラフを表示するための画像データである、請求項3に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to claim 3, wherein the output information is image data for displaying a graph reflecting the latest integrated value. 前記グラフは、前記積算値の時系列グラフである、請求項4に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to claim 4, wherein the graph is a time series graph of the integrated values. 前記出力情報は、警報音を発音するための音声データである、請求項3〜5のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal output system according to any one of claims 3 to 5, wherein the output information is audio data for generating an alarm sound. 前記出力情報は、他の装置を制御するための制御データである、請求項3〜6のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to any one of claims 3 to 6, wherein the output information is control data for controlling another device. 前記Aは、200〜300の範囲の自然数であり、前記Mは、25000〜35000の範囲の自然数である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to any one of claims 1 to 6, wherein A is a natural number in a range of 200 to 300, and M is a natural number in a range of 25000 to 35000. 前記解析対象信号は、運動する物体の振動を検出するセンサ信号である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to claim 1, wherein the analysis target signal is a sensor signal that detects vibration of a moving object. 前記運動する物体は、軸受であり、
前記DFA実行部がスケーリング指数を取得するためのボックスサイズの範囲は、10〜30を中心とする範囲である、請求項9に記載の信号解析システム。
The moving object is a bearing;
The signal analysis system according to claim 9, wherein a range of a box size for acquiring a scaling index by the DFA execution unit is a range centering on 10 to 30.
前記解析対象信号は、外部から周期振動が入力された物体の振動を検出するセンサ信号である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to claim 1, wherein the analysis target signal is a sensor signal for detecting vibration of an object to which periodic vibration is input from the outside. 前記解析対象信号は、物体の振動を検出するセンサ信号と所定の正弦波信号の重畳信号である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to claim 1, wherein the analysis target signal is a superimposed signal of a sensor signal for detecting vibration of an object and a predetermined sine wave signal. 前記所定の閾値は、正常時の前記物体に係る前記解析対象信号のDFAにより取得されるスケーリング指数を基準として設定される、請求項9〜12のいずれか一項に記載の信号解析システム。   The signal analysis system according to any one of claims 9 to 12, wherein the predetermined threshold is set with reference to a scaling index acquired by a DFA of the analysis target signal related to the object in a normal state. 選択された測定モードに応じて、前記A、前記M、前記DFA実行部がスケーリング指数を取得するためのボックスサイズの範囲および前記所定の閾値のそれぞれに係るパラメータのうち1以上のパラメータを自動的に設定する測定モード設定部を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の信号解析システム。   According to the selected measurement mode, one or more parameters are automatically selected from among the parameters related to the A, M, and the DFA execution unit for obtaining the scaling index and the box size range and the predetermined threshold value, respectively. The signal analysis system according to claim 1, further comprising a measurement mode setting unit that is set to 信号を解析する方法であって、
解析対象信号のピーク時刻を取得するステップと、
取得した前記ピーク時刻に基づいてDFA対象データを生成するステップと、
前記DFA対象データに基づいてDFAを実行してスケーリング指数を取得するステップと、
取得した前記スケーリング指数を積算するステップと、
を含み、
前記DFA対象データを生成するステップは、
前記ピーク時刻取得部が取得した前記ピーク時刻を時系列順に(A+1)個ずつロードし、ロードした該(A+1)個のピーク時刻に基づいてA個のピーク間隔を算出し、該A個のピーク間隔を要素とする時系列データに基づいてM個の要素を含む擬似的な時系列データを前記DFA対象データとして生成する処理を繰り返し実行するステップであり(A、Mは自然数であり、MはAより大きい。以下同様。)、
前記スケーリング指数を取得するステップは、
生成した前記DFA対象データを生成順にロードし、ロードした該前記DFA対象データに基づいて前記スケーリング指数を取得する処理を繰り返し実行するステップであり、
前記スケーリング指数を積算するステップは、
取得した前記スケーリング指数を取得順にロードし、ロードした該スケーリング指数が所定の閾値を下回っていない場合には該スケーリング指数を最新の積算値に加算し、ロードした該スケーリング指数が該所定の閾値を下回っている場合には最新の積算値をリセットする処理を繰り返し実行するステップである、
方法。
A method for analyzing a signal comprising:
Obtaining a peak time of the signal to be analyzed;
Generating DFA target data based on the acquired peak time;
Performing a DFA based on the DFA target data to obtain a scaling index;
Accumulating the obtained scaling index;
Including
The step of generating the DFA target data includes:
The peak times acquired by the peak time acquisition unit are loaded in order of time series (A + 1), A peak intervals are calculated based on the loaded (A + 1) peak times, and the A peaks It is a step of repeatedly executing a process of generating pseudo time-series data including M elements as the DFA target data based on time-series data having intervals as elements (A and M are natural numbers, and M is Greater than A. The same shall apply hereinafter.)
Obtaining the scaling index comprises:
Loading the generated DFA target data in the order of generation and repeatedly executing the process of obtaining the scaling index based on the loaded DFA target data;
The step of accumulating the scaling index includes:
The acquired scaling exponents are loaded in the order of acquisition, and when the loaded scaling exponent is not below a predetermined threshold, the scaling exponent is added to the latest integrated value, and the loaded scaling exponent is reduced to the predetermined threshold. It is a step that repeatedly executes the process of resetting the latest integrated value if it is below,
Method.
前記解析対象信号は、運動する物体の振動を検出するセンサ信号である、請求項15に記載の方法。   The method according to claim 15, wherein the analysis target signal is a sensor signal for detecting vibration of a moving object. 前記運動する物体は、軸受であり、
前記DFAにおいてスケーリング指数を取得するためのボックスサイズの範囲は、10〜30を中心とする範囲である、請求項16に記載の方法。
The moving object is a bearing;
The method of claim 16, wherein a range of box sizes for obtaining a scaling index in the DFA is a range centered around 10-30.
前記運動する物体は、複数の部品が非線形結合してなる複合体であり、
前記DFAにおいてスケーリング指数を取得するためのボックスサイズの範囲は、30〜60を中心とする範囲である、請求項16に記載の方法。
The moving object is a complex formed by nonlinearly coupling a plurality of parts,
The method of claim 16, wherein a range of box sizes for obtaining a scaling index in the DFA is a range centered around 30-60.
前記解析対象信号は、外部から周期振動が入力された物体の振動を検出するセンサ信号である、請求項15に記載の方法。   The method according to claim 15, wherein the analysis target signal is a sensor signal for detecting vibration of an object to which periodic vibration is input from the outside. 前記解析対象信号は、物体の振動を検出するセンサ信号と所定の正弦波信号の重畳信号である、請求項15に記載の方法。   The method according to claim 15, wherein the analysis target signal is a superimposed signal of a sensor signal for detecting vibration of an object and a predetermined sine wave signal. 前記解析対象信号は、周期的な生体信号であり、
前記DFAにおいてスケーリング指数を取得するためのボックスサイズの範囲は、30〜270を中心とする範囲である、請求項15に記載の方法。
The analysis target signal is a periodic biological signal,
The method of claim 15, wherein a range of box sizes for obtaining a scaling index in the DFA is a range centered around 30-270.
コンピュータに、請求項15〜21のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実行させるためのコンピュータ実行可能なプログラム。
A computer-executable program for causing a computer to execute the steps of the method according to any one of claims 15 to 21.
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JP4952162B2 (en) * 2006-09-19 2012-06-13 三菱化学株式会社 Data processing apparatus, data processing method, and data processing program
JP2008173160A (en) * 2007-01-16 2008-07-31 Tokyo Metropolitan Univ Method of analyzing fluctuation of heart rate and method of determining health state using the same
JP5382774B2 (en) * 2009-02-12 2014-01-08 公立大学法人首都大学東京 Heart rate fluctuation analysis method
JP2011030984A (en) * 2009-08-06 2011-02-17 Tokyo Metropolitan Univ Healthy degree display method and healthy degree meter
JP5812381B2 (en) * 2010-11-25 2015-11-11 公立大学法人首都大学東京 Vibration body abnormality detection method and apparatus

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