JPH04208823A - キャビテーション雑音検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
おる。

（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。

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。

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。

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。

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Ｔ−ｋ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″
ｐ　（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
の閾値下ＨＬとの比較を行い、長時間積分パワーＴ５（
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。

（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Ｐ　（
ｋ）のみで、キャビテーション雑音発生の検出を行うた
め、次のような課題がおった。

（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Ｐ　
（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。

（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。

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。

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。

（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。

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騨出し、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。

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
けたものでおる。

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。

（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錐
音検出方法を構成したので、プロペラ近傍の高周波信号
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９ｉＩ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。

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
変動比が紳出され、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。

従って、前記課題を解決できるのでおる。

（実施例） 第１図は、本発明の第１の実施例を示プものて、キャビ
７−シヨン′ａ音検出方法を説明するためのキャビテー
ション錐音検出装置の機能ブロック図である。

このキャビ７−シヨン雑音１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１
１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。

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１４Ｇ
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１４
ａ、１４ｂは、帯域ア１１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、ぞの出力側には、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。

レベル変動比算出器１５は、分散値算出器１４ｃ、１４
ｄの出力より、レベル変動比の平均を求める回路でめり
、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。

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らえやすいように、複数の帯
域通過域８１１〜ＢＩＮＩ、Ｂｈ１〜Ｂｈ’Ｎｈ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。

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稚音検出方法について説明する。

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ｌ
：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１３８及び低周波側帯域制
限フィルタ１３ｂへ送られる。

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：？！域番号、ｊ＝１．２．・・
・、Ｎｔｌ）を算出し、その算出結果を分散値算出器１
４Ｃへ出力する。分散ｉ＠算出器１４Ｇ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、＋α・Ｐｈｊ　（ｋ）　　　・・・（１）・・・（
２） 但し、αは定数、ｊ＝１．２．・・・、Ｎｔｌこの平均
値ｒｒ＋　ｈＪ　（ｋ　＞及び分散の平均σ２ｈｊ（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
、＼個のリンプルを集め、単純にｈ０算して１／＼倍す
る単純平均でも良い。

さらに、分散値算出器１４ｃでは、ぞの各帯域の分散の
平均σ　ｈヨ（ｋ）を用いて、次式（３）により、苔域
間で平均をとることにより、高周波側の分散の平均石７
・　（ｋ）を求め、該π７゜ｎ　　　　　　　　　　　
　　　　　ｎ（ｋ）をレベル変動比算出器１５へ出力す
る。

同様に、低周波側帯域制限フィルター３ｂの出力も、瞬
時パワー騨出器１４ｂで二乗出力Ｐｌｊ（ｋ）（ｊ　；
１，２．−・・、Ｎｌ）を求め、分散値動比算出器１５
へ出力する。

レベル変動比算出器１５では、分Ｖｌｉ値算出器１４Ｃ
，１４ｄの出力σ　ｈ（ｋ）及び？、（ｋ）を用いてレ
ベル変動比γ（ｋ＞及びその平均Ｔ（ｋ）を次式（４）
、（５）で求め、レベル変動比の平均ｒ　（ｋ＞を比較
器１６へ出力する。

７　（ｋ＞　＝　（１−Ｂ＞・７”（ｋ−１＞＋β・了
（ｋ）　　　　　　　　　　　・・・（５）比較器１６
は、レベル変動比算出器１５からの出力Ｔ　（ｋ）と所
定の閾値ＴＨＬとを比較し、Ｔ　（ｋ）　＝７　　（ｋ
）　７７１　（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。

不実施例では、千ヤヒ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省目し、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の閾値下ＨＬも容易に決定することができる。

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おり、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。

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。

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２３Ｇ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ｂｉｎ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ｂｌ「）選択器２３ｄと
で、構成されている。

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。

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２３Ｇでは、サンプラ２３ｂ
て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ｂｉ
ｎに分割し、その分割結果をｂｉｎ選択器２３ｄへ出力
する。

ｂｉｎ選択器２３ｄでは周波数分析器２３Ｇ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ｂｉｎを選択し、該ｏｉｎ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ｌ１ｇの分析を行
い、キャビデージョン雑音の特徴が大きく現れるｂ１ｎ
番号を事前に設定しておく方法等がある。

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
。

Ｐ（ｋ）−：χ（ｆ　・）１２　　　・・・（７）ｈＪ
　　　　ｉ　　　ｈＪ　ｊ ｊ＝１．２．−・・、Ｎｈ 同様に、瞬時パワー算出器１４ｂでは、ｂｉｎ選択器２
３ｄからの信号χ（ｆ、、）、（ｊ＝１゜２、・・・、
＼１）を用い、低周波側の瞬時パワーＰＩＢ（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。

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。

（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簡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。

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、ざらに第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。

【図面の簡単な説明】

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図に示す俗
域制限フィルタを説明する図、第４図はへ発明の第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
側格域制限フィルタ、１４・・・レベル変動算出手段、
１４ａ、１４ｂ・・・瞬時パワー算出器、１４Ｃ，１４
ｄ・・・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、２
３ｃｍ・・周波数分析器、２３ｄ・・・ｂｉｎ選択器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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、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。 ２、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ヨ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
   。