JPH06331430A - 信号解析装置 - Google Patents
信号解析装置Info
- Publication number
- JPH06331430A JPH06331430A JP12127893A JP12127893A JPH06331430A JP H06331430 A JPH06331430 A JP H06331430A JP 12127893 A JP12127893 A JP 12127893A JP 12127893 A JP12127893 A JP 12127893A JP H06331430 A JPH06331430 A JP H06331430A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveform
- basic period
- signal
- input signal
- pitch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 周期振動波形の一周期内で発生している様々
な波形の数周期に渡る期間での定常性を解析し、その発
生タイミングごとに算出、表示すること。 【構成】 ピッチ抽出部２、ピッチ波形ベクトル切り出
し部３によって切り出されたＮ個のピッチ波形ベクトル
から、各要素ごとの分散を要素とする分散ベクトルを算
出する。この分散ベクトルを時系列に並べたものを分散
波形と呼び、必要に応じて平滑化処理を行い出力する。
この波形をもとの振動波形と時間軸上で比較することに
より、一周期内で発生している波形の数周期間での定常
性が発生タイミングごとに明らかになる。また、その定
常性を定量評価することも可能である。
な波形の数周期に渡る期間での定常性を解析し、その発
生タイミングごとに算出、表示すること。 【構成】 ピッチ抽出部２、ピッチ波形ベクトル切り出
し部３によって切り出されたＮ個のピッチ波形ベクトル
から、各要素ごとの分散を要素とする分散ベクトルを算
出する。この分散ベクトルを時系列に並べたものを分散
波形と呼び、必要に応じて平滑化処理を行い出力する。
この波形をもとの振動波形と時間軸上で比較することに
より、一周期内で発生している波形の数周期間での定常
性が発生タイミングごとに明らかになる。また、その定
常性を定量評価することも可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は振動などの信号を解析す
る装置に関するものである。
る装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の信号解析技術は、信号の周波数特
性や伝達関数などに着目したいわゆる周波数解析、パワ
ー変化や時間波形の形状などに着目した時間領域での解
析、振幅の分布や所定のしきい値を越えた信号の発生頻
度などに着目した統計的解析等がある。
性や伝達関数などに着目したいわゆる周波数解析、パワ
ー変化や時間波形の形状などに着目した時間領域での解
析、振幅の分布や所定のしきい値を越えた信号の発生頻
度などに着目した統計的解析等がある。
【０００３】それらの代表的な手法にはフーリエ解析、
相関解析などがある。フーリエ解析は周波数解析に属す
る手法で、互いに直交する正弦関数、余弦関数と信号と
の相関を取ることにより、信号に含まれる周波数成分を
分析する手法である。この方法を用いることにより、時
間波形の上では重なっている信号を周波数的に分離し、
異なる音源から発生している振動などを分離することが
できる。しかし、周波数的に似通った信号が二つ重なり
あっている場合などはこの方法で分離することはできな
い。
相関解析などがある。フーリエ解析は周波数解析に属す
る手法で、互いに直交する正弦関数、余弦関数と信号と
の相関を取ることにより、信号に含まれる周波数成分を
分析する手法である。この方法を用いることにより、時
間波形の上では重なっている信号を周波数的に分離し、
異なる音源から発生している振動などを分離することが
できる。しかし、周波数的に似通った信号が二つ重なり
あっている場合などはこの方法で分離することはできな
い。
【０００４】相関解析は２つの信号の類似度を計算する
ことによる解析手法で時間領域の解析に属する。この手
法では相関関数を用いる。相関関数は２つの信号を時間
差τだけずらして掛け合わせてできた関数を一定範囲積
分し、その値をτの関数として表したものである。ある
τで相関関数が大きな値を示した場合、２つの信号は類
似性が高いと言える。２つの信号に同じものを用いた場
合の相関関数を自己相関関数と呼ぶ。自己相関関数はτ
が０の時に最大値を示し、τが大きくなるにつれて小さ
くなるが、信号が周期信号である場合はτがその周期に
近付くにつれてふたたび大きくなり、ふたたび最大値を
示す。このことから、自己相関関数は周期信号の基本周
期を求めるために用いることができる。また、その信号
が完全な周期信号でない場合は自己相関関数は最大値よ
り小さい極大値を示す。極大値の大きさは信号の周期性
を示す指標となる。
ことによる解析手法で時間領域の解析に属する。この手
法では相関関数を用いる。相関関数は２つの信号を時間
差τだけずらして掛け合わせてできた関数を一定範囲積
分し、その値をτの関数として表したものである。ある
τで相関関数が大きな値を示した場合、２つの信号は類
似性が高いと言える。２つの信号に同じものを用いた場
合の相関関数を自己相関関数と呼ぶ。自己相関関数はτ
が０の時に最大値を示し、τが大きくなるにつれて小さ
くなるが、信号が周期信号である場合はτがその周期に
近付くにつれてふたたび大きくなり、ふたたび最大値を
示す。このことから、自己相関関数は周期信号の基本周
期を求めるために用いることができる。また、その信号
が完全な周期信号でない場合は自己相関関数は最大値よ
り小さい極大値を示す。極大値の大きさは信号の周期性
を示す指標となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上示した手法はそれ
ぞれ周波数領域、時間領域において信号の性質を表すた
めに広く用いられている方法である。これらの方法はい
ずれも信号波形からある一定の時間を切り出して分析す
る手法であり、その切り出し長は周期信号に対しては１
周期から数周期を含むように選ぶことが一般的である。
したがって、信号の性質を数周期に渡って平均したもの
を得ることはできるが、１周期の間に起こる様々な現象
の分析には不向きである。
ぞれ周波数領域、時間領域において信号の性質を表すた
めに広く用いられている方法である。これらの方法はい
ずれも信号波形からある一定の時間を切り出して分析す
る手法であり、その切り出し長は周期信号に対しては１
周期から数周期を含むように選ぶことが一般的である。
したがって、信号の性質を数周期に渡って平均したもの
を得ることはできるが、１周期の間に起こる様々な現象
の分析には不向きである。
【０００６】図２はある測定対象システムから観測され
た振動波形である。図２で０°から３６０°までの目盛
りが打ってあるが、この振動波形はこれを１周期とする
周期振動波形である。しかし、実際には周期が繰り返さ
れるごとに波形は変動しているので準周期振動波形と呼
ぶ方が正確である。この振動波形は２７０°付近からか
ら３６０°付近にかけて変動が大きく、その他の領域で
は比較的定常である。このことはオシロスコープで観察
することにより目で確認することができる。さて、この
ように変動の大きい区間や変動の大きさが意味を持つ場
合、それを定量化、可視化する事は重要である。しか
し、従来のフーリエ解析、相関解析などの手法では切り
出し区間を短くすれば数周期に渡る変動を見ることがで
きなくなり、逆に切り出し区間を長くすれば１周期内の
現象は平均化され、見ることができなくなる。
た振動波形である。図２で０°から３６０°までの目盛
りが打ってあるが、この振動波形はこれを１周期とする
周期振動波形である。しかし、実際には周期が繰り返さ
れるごとに波形は変動しているので準周期振動波形と呼
ぶ方が正確である。この振動波形は２７０°付近からか
ら３６０°付近にかけて変動が大きく、その他の領域で
は比較的定常である。このことはオシロスコープで観察
することにより目で確認することができる。さて、この
ように変動の大きい区間や変動の大きさが意味を持つ場
合、それを定量化、可視化する事は重要である。しか
し、従来のフーリエ解析、相関解析などの手法では切り
出し区間を短くすれば数周期に渡る変動を見ることがで
きなくなり、逆に切り出し区間を長くすれば１周期内の
現象は平均化され、見ることができなくなる。
【０００７】以上説明したように、従来の手法では周期
信号の１周期内で局所的に起こる現象が、数周期に渡っ
て変動する様子を正確にとらえることはできなかった。
信号の１周期内で局所的に起こる現象が、数周期に渡っ
て変動する様子を正確にとらえることはできなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に本発明の信号解析装置は周期振動波形の基本周期を抽
出した後、１周期ごとの波形を重ね合わせ平均した上
で、各点の分散を求める構成である。
に本発明の信号解析装置は周期振動波形の基本周期を抽
出した後、１周期ごとの波形を重ね合わせ平均した上
で、各点の分散を求める構成である。
【０００９】
【作用】本構成を用いることにより、周期信号波形の位
置に対応した変動の大きさが定量化でき、変動量および
変動の起こっている区間を可視化することが可能とな
る。
置に対応した変動の大きさが定量化でき、変動量および
変動の起こっている区間を可視化することが可能とな
る。
【００１０】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。すなわち、
入力部１とピッチ抽出部２、ピッチ波形ベクトル切り出
し部３、分散ベクトル算出部４、平滑化処理部５を有す
る。入力部１の出力にはピッチ抽出部２とピッチ波形ベ
クトル切り出し部３が並列に接続されている。ピッチ抽
出部２の出力はピッチ波形ベクトル切り出し部３に接続
されている。ピッチ波形ベクトル切り出し部３の出力は
分散ベクトル算出部４に接続されている。分散ベクトル
算出部４の出力は平滑化処理部５に接続されている。
入力部１とピッチ抽出部２、ピッチ波形ベクトル切り出
し部３、分散ベクトル算出部４、平滑化処理部５を有す
る。入力部１の出力にはピッチ抽出部２とピッチ波形ベ
クトル切り出し部３が並列に接続されている。ピッチ抽
出部２の出力はピッチ波形ベクトル切り出し部３に接続
されている。ピッチ波形ベクトル切り出し部３の出力は
分散ベクトル算出部４に接続されている。分散ベクトル
算出部４の出力は平滑化処理部５に接続されている。
【００１１】このように構成された信号解析装置につい
て、次にその動作を詳しく説明する。入力部１に入力さ
れた信号はピッチ抽出部２およびピッチ波形ベクトル切
り出し部３に出力される。ピッチ抽出部２では入力信号
のピッチ周期が求められる。ピッチ周期の求め方として
は自己相関法、ケプストラム法等がある。ピッチ波形ベ
クトル切り出し部３はピッチ抽出部２によって求められ
たピッチ周期に従って入力信号を所定のＮ周期分切り出
し、分散ベクトル算出部４に出力する。分散ベクトル算
出部４ではＮ周期分の波形に当たるＮ個のピッチ波形ベ
クトルから、各要素の分散を要素とする分散ベクトルを
算出する。こうして算出された分散ベクトルは平滑化処
理部５に入力され、平滑化処理を受けて出力される。
て、次にその動作を詳しく説明する。入力部１に入力さ
れた信号はピッチ抽出部２およびピッチ波形ベクトル切
り出し部３に出力される。ピッチ抽出部２では入力信号
のピッチ周期が求められる。ピッチ周期の求め方として
は自己相関法、ケプストラム法等がある。ピッチ波形ベ
クトル切り出し部３はピッチ抽出部２によって求められ
たピッチ周期に従って入力信号を所定のＮ周期分切り出
し、分散ベクトル算出部４に出力する。分散ベクトル算
出部４ではＮ周期分の波形に当たるＮ個のピッチ波形ベ
クトルから、各要素の分散を要素とする分散ベクトルを
算出する。こうして算出された分散ベクトルは平滑化処
理部５に入力され、平滑化処理を受けて出力される。
【００１２】次に、このように構成された信号解析装置
の動作について、数式を用いて説明する。ピッチ波形ベ
クトル切り出し部３によって切り出されたピッチ波形ベ
クトルの内、第ｉ番目のものを（数１）のように表す。
の動作について、数式を用いて説明する。ピッチ波形ベ
クトル切り出し部３によって切り出されたピッチ波形ベ
クトルの内、第ｉ番目のものを（数１）のように表す。
【００１３】
【数１】
【００１４】ここで、ｎはピッチ周期である。分散ベク
トル算出部４ではＮ個のピッチ波形ベクトルから（数
２）で表される分散ベクトルを算出する。
トル算出部４ではＮ個のピッチ波形ベクトルから（数
２）で表される分散ベクトルを算出する。
【００１５】
【数２】
【００１６】ここで、var(pj)はいわゆる分散で、（数
３）のように表される。
３）のように表される。
【００１７】
【数３】
【００１８】最後に平滑化処理部５ではこの分散ベクト
ルの要素を時系列とみなして（数４）（数５）のように
平滑化する。
ルの要素を時系列とみなして（数４）（数５）のように
平滑化する。
【００１９】
【数４】
【００２０】
【数５】
【００２１】なお、ここでは分散を計算した後に平滑化
処理を行ったが、平滑化処理を行ってから分散の計算を
行っても構わない。また、いわゆる分散以外の例えば標
準偏差、平均振幅差関数などのあらゆる尺度を用いるこ
とも可能である。また、ここでは周期振動波形そのもの
を用いて分散ベクトルを算出したが、あらかじめフィル
タ処理を行うことやパワー変化波形などに変換しておく
前処理を行うことも考えられる。
処理を行ったが、平滑化処理を行ってから分散の計算を
行っても構わない。また、いわゆる分散以外の例えば標
準偏差、平均振幅差関数などのあらゆる尺度を用いるこ
とも可能である。また、ここでは周期振動波形そのもの
を用いて分散ベクトルを算出したが、あらかじめフィル
タ処理を行うことやパワー変化波形などに変換しておく
前処理を行うことも考えられる。
【００２２】図２に示した解析対象の周期振動波形を例
にとって、本発明の効果を説明する。図２には周期振動
波形の１周期分が示されている。振動波形には何周期に
も渡って定常な部分と、非定常な部分が存在する。図２
では振動の基本周期でゆっくり変化する振動波形に、記
号Ａで表した機械の衝突による鋭いパルス上の振動波
形、および、記号Ｂで表した区間には気体や液体の流れ
によって起こるランダムな振動波形が重なりあってい
る。ところがこのように波形をグラフで表示したものか
らは、波形の部分ごとの動きの大きさ（すなわち、Ｂで
は大きく他では小さいなど）、定常性を読みとることは
できない。数周期に渡って波形をグラフ表示すれば読み
取ることは可能であるが、変動の量を定量的に知ること
はできない。
にとって、本発明の効果を説明する。図２には周期振動
波形の１周期分が示されている。振動波形には何周期に
も渡って定常な部分と、非定常な部分が存在する。図２
では振動の基本周期でゆっくり変化する振動波形に、記
号Ａで表した機械の衝突による鋭いパルス上の振動波
形、および、記号Ｂで表した区間には気体や液体の流れ
によって起こるランダムな振動波形が重なりあってい
る。ところがこのように波形をグラフで表示したものか
らは、波形の部分ごとの動きの大きさ（すなわち、Ｂで
は大きく他では小さいなど）、定常性を読みとることは
できない。数周期に渡って波形をグラフ表示すれば読み
取ることは可能であるが、変動の量を定量的に知ること
はできない。
【００２３】図３は本実施例の信号解析装置による解析
結果である分散波形を振動波形とともに表示したもので
ある。（Ａ）が振動波形、（Ｂ）が分散波形である。波
形の各タイミングごとの定常性がはっきりと表れてい
る。記号Ｂで表した非定常な区間は分散波形上で大きな
値となって表れている。また、Ｂの区間でも分散波形は
一定の値を取らず、徐々に減衰している。これはＢの区
間内で波形の非定常性が変化している様子が表れてい
る。
結果である分散波形を振動波形とともに表示したもので
ある。（Ａ）が振動波形、（Ｂ）が分散波形である。波
形の各タイミングごとの定常性がはっきりと表れてい
る。記号Ｂで表した非定常な区間は分散波形上で大きな
値となって表れている。また、Ｂの区間でも分散波形は
一定の値を取らず、徐々に減衰している。これはＢの区
間内で波形の非定常性が変化している様子が表れてい
る。
【００２４】また、分散波形の大きさを振動の一つの特
徴量として定義することによって、定量的な評価も可能
である。
徴量として定義することによって、定量的な評価も可能
である。
【００２５】
【発明の効果】本発明による効果は以上の説明から明ら
かなように、振幅とは無関係な波形の非定常性を、時間
波形に同期して表現することができる極めて有用なもの
である。
かなように、振幅とは無関係な波形の非定常性を、時間
波形に同期して表現することができる極めて有用なもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による信号解析装置の一実施例の構成図
【図２】測定された振動波形の例を示す図
【図３】本発明の信号解析装置による解析結果を示す図
１ 入力部 ２ ピッチ抽出部 ３ ピッチ波形ベクトル切り出し部 ４ 分散ベクトル算出部 ５ 平滑化処理部
Claims (7)
- 【請求項１】入力された信号の基本周期を抽出する基本
周期抽出手段と、前記基本周期抽出手段の出力である基
本周期情報を用いて基本周期波形を複数個切り出す基本
周期波形切り出し手段と、前記複数個の基本周期波形の
対応する時刻の点の間の統計量を出力する基本周期波形
処理手段とを有する信号解析装置。 - 【請求項２】基本周期波形処理手段は、複数個の基本周
期波形の対応する時刻の点の間の分散を出力する請求項
１記載の信号解析装置。 - 【請求項３】基本周期波形処理手段は、複数個の基本周
期波形の対応する時刻の点の標準偏差を出力する請求項
１記載の信号解析装置。 - 【請求項４】入力された信号を所定の目的に応じて事前
に処理する入力信号事前処理手段を有する請求項１記載
の信号解析装置。 - 【請求項５】入力信号事前処理手段は入力信号を所定の
目的に応じたポイント数で平滑化処理を行う請求項４記
載の信号解析装置。 - 【請求項６】入力信号事前処理手段は入力信号をフィル
タ処理する請求項４または請求項５記載の信号解析装
置。 - 【請求項７】入力信号事前処理手段は入力信号の短時間
平均パワーを出力する請求項４、５または請求項６記載
の信号解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12127893A JPH06331430A (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 信号解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12127893A JPH06331430A (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 信号解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331430A true JPH06331430A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14807300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12127893A Pending JPH06331430A (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 信号解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06331430A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002068924A1 (fr) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede permettant de mesurer la force de traction d'une fibre optique |
-
1993
- 1993-05-24 JP JP12127893A patent/JPH06331430A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002068924A1 (fr) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede permettant de mesurer la force de traction d'une fibre optique |
| US6816245B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-11-09 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method of measuring optical fiber drawing tension |
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