JPH10339664A - 監視装置及び方法 - Google Patents
監視装置及び方法Info
- Publication number
- JPH10339664A JPH10339664A JP15182397A JP15182397A JPH10339664A JP H10339664 A JPH10339664 A JP H10339664A JP 15182397 A JP15182397 A JP 15182397A JP 15182397 A JP15182397 A JP 15182397A JP H10339664 A JPH10339664 A JP H10339664A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration wave
- sound
- frequency
- factor
- amplitude
- 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.)
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 主成分分析法で正常と判断された時に、振動
波に埋もれた小さな異常を検出することにある。 【解決手段】 監視対象となる音源からの音を検出する
マイクロフォン１、マイクロフォン１からの電気信号よ
り不要な帯域を除くフィルタ２、フィルタ２の出力をフ
ーリェ変換し音の周波数成分と振幅の関係を求めるフー
リェ変換器３、フーリェ変換器３が出力する連続した周
波数成分を分割、平均化するデータ分割器４、分割、平
均化した各周波数帯と振幅の組合せを変数として主成分
を分析する主成分分析器５、その変数群を対象として因
子分析を行う因子分析器６とから構成される。
波に埋もれた小さな異常を検出することにある。 【解決手段】 監視対象となる音源からの音を検出する
マイクロフォン１、マイクロフォン１からの電気信号よ
り不要な帯域を除くフィルタ２、フィルタ２の出力をフ
ーリェ変換し音の周波数成分と振幅の関係を求めるフー
リェ変換器３、フーリェ変換器３が出力する連続した周
波数成分を分割、平均化するデータ分割器４、分割、平
均化した各周波数帯と振幅の組合せを変数として主成分
を分析する主成分分析器５、その変数群を対象として因
子分析を行う因子分析器６とから構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラントの運転状
態を音若しくは振動により監視する監視装置及び方法に
関する。
態を音若しくは振動により監視する監視装置及び方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ここでは音を例とした従来技術を説明す
る。図１０は従来の監視装置の構成を示す説明図であ
る。本図に示すように従来の音による対象機器や領域の
監視においては、環境の条件によって、 １） 音の振幅 ２） 音の周波数成分の振幅 ３） 主成分分析法による正常データベース を監視の判断指標としている。 １）と２）においては、環境におけるさまざまな音の振
幅データを採取してその最大値より大きい閾値を設定す
る。図１１は従来の監視装置における音の周波数分布と
閾値との関係を示す図表である。本図に示すように周波
数分布よりレベルが高い閾値を設定しておき、この閾値
を超える音の振幅であれば警報を発する。従ってこの閾
値の振幅より小さい異常音は検出不可能である。 ３）においては、正常状態における音の主成分分析を行
って、例えば第１及び第２主成分を座標系にプロットし
た時、正常な音の特徴としてある限定された範囲に分布
するか否かが適用の可否を決める。プロットした場合正
常な音の主成分はある限定された範囲に収束し、一般的
には正規分布を形成する。また、３）を適用する利点と
しては正常時のさまざまな環境における音の周波数分布
の相関に基づいているので、単なる音の振幅に基づく
１）、２）の手法より検知性能は優れているといえる。
そして、収束した正常時のデータベースに対し、監視時
の音の主成分値がこの領域外に向かっていれば何か通常
の音とは異なるといった判断をすることになる。然し乍
ら、３）の主成分分析法による監視が何れの対象にも有
効であるという保証は無い。つまり、監視対象から正常
時に放射される音を予め主成分分析しておいても、監視
対象の音源から放射される音に他の音源から放射される
異常な音が混合し、周波数分布の相関に影響を及ぼさな
い場合には異常な音の主成分値は主成分データベースの
正常領域から離れないので正常時のマッピング分布内に
存在することになり、異常を検出できない場合が有る。
従って正常と判断することになる。この要因として基本
的に主成分分析法が、 主成分値＝Ａ1・（変数１）＋Ａ2・（変数２）・・・＋Ａn・（変数n） ……………………………………………………………………(1) のようにｎ個の変数を１個の主成分値で表すものに統合
する手法に起因している。言い替えれば多くの変数を少
数の特性値で置き換えるわけである。このように３）の
主成分分析法は、１）、２）の音の振幅のみによる監視
に比較してより人間の聴覚機能に近い手法ではあるが、
監視対象とする音の性質によっては通常の音とは何か異
なる場合の検出に適した手法とはなり得ないことがあ
る。以上音を例として従来技術を説明したが、振動に関
しても同様のことが云える。
る。図１０は従来の監視装置の構成を示す説明図であ
る。本図に示すように従来の音による対象機器や領域の
監視においては、環境の条件によって、 １） 音の振幅 ２） 音の周波数成分の振幅 ３） 主成分分析法による正常データベース を監視の判断指標としている。 １）と２）においては、環境におけるさまざまな音の振
幅データを採取してその最大値より大きい閾値を設定す
る。図１１は従来の監視装置における音の周波数分布と
閾値との関係を示す図表である。本図に示すように周波
数分布よりレベルが高い閾値を設定しておき、この閾値
を超える音の振幅であれば警報を発する。従ってこの閾
値の振幅より小さい異常音は検出不可能である。 ３）においては、正常状態における音の主成分分析を行
って、例えば第１及び第２主成分を座標系にプロットし
た時、正常な音の特徴としてある限定された範囲に分布
するか否かが適用の可否を決める。プロットした場合正
常な音の主成分はある限定された範囲に収束し、一般的
には正規分布を形成する。また、３）を適用する利点と
しては正常時のさまざまな環境における音の周波数分布
の相関に基づいているので、単なる音の振幅に基づく
１）、２）の手法より検知性能は優れているといえる。
そして、収束した正常時のデータベースに対し、監視時
の音の主成分値がこの領域外に向かっていれば何か通常
の音とは異なるといった判断をすることになる。然し乍
ら、３）の主成分分析法による監視が何れの対象にも有
効であるという保証は無い。つまり、監視対象から正常
時に放射される音を予め主成分分析しておいても、監視
対象の音源から放射される音に他の音源から放射される
異常な音が混合し、周波数分布の相関に影響を及ぼさな
い場合には異常な音の主成分値は主成分データベースの
正常領域から離れないので正常時のマッピング分布内に
存在することになり、異常を検出できない場合が有る。
従って正常と判断することになる。この要因として基本
的に主成分分析法が、 主成分値＝Ａ1・（変数１）＋Ａ2・（変数２）・・・＋Ａn・（変数n） ……………………………………………………………………(1) のようにｎ個の変数を１個の主成分値で表すものに統合
する手法に起因している。言い替えれば多くの変数を少
数の特性値で置き換えるわけである。このように３）の
主成分分析法は、１）、２）の音の振幅のみによる監視
に比較してより人間の聴覚機能に近い手法ではあるが、
監視対象とする音の性質によっては通常の音とは何か異
なる場合の検出に適した手法とはなり得ないことがあ
る。以上音を例として従来技術を説明したが、振動に関
しても同様のことが云える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】音若しくは振動の振幅
に基づく１）、２）の手法は、正常時に多岐にわたって
環境条件若しくは対象部位の運転条件が変動するし、小
さな異常状態を検出する上で問題が有る。また、周波数
分布の相関に基づく３）の主成分分析法は、１）、２）
の手法に比較して有効な場合は多いが、周波数帯域にお
いて相対的変化が少ない場合は主成分値座標系へ正常時
の音若しくは振動のデータをプロットしてもある特定し
た領域に収束しないので、判断のためのデータベースと
して指標化できない。従って上述した従来の技術では、
異常の検出、特に正常時の音若しくは振動に埋もれた小
さな異常の検出が困難である。本発明の目的は、主成分
分析法で正常と判断された時に振動波に埋もれた小さな
異常を検出することにある。
に基づく１）、２）の手法は、正常時に多岐にわたって
環境条件若しくは対象部位の運転条件が変動するし、小
さな異常状態を検出する上で問題が有る。また、周波数
分布の相関に基づく３）の主成分分析法は、１）、２）
の手法に比較して有効な場合は多いが、周波数帯域にお
いて相対的変化が少ない場合は主成分値座標系へ正常時
の音若しくは振動のデータをプロットしてもある特定し
た領域に収束しないので、判断のためのデータベースと
して指標化できない。従って上述した従来の技術では、
異常の検出、特に正常時の音若しくは振動に埋もれた小
さな異常の検出が困難である。本発明の目的は、主成分
分析法で正常と判断された時に振動波に埋もれた小さな
異常を検出することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、監視対象と
なる振動波源の振動波を検出する振動波検出手段と、振
動波検出手段が検出した振動波の周波数成分と振幅の関
係を求めるフーリェ変換手段と、振動波の周波数主成分
から振動波源の異常を分析する主成分分析手段とを有す
る監視装置において、フーリェ変換手段が出力する周波
数成分を各周波数帯に分割し、分割した領域内を平均化
するデータ分割手段と、分割及び平均化された各周波数
帯域毎の振動波振幅を変数として異常現象に特有の波形
により定められる共通因子を用いて異常を抽出する因子
分析手段とを設けたことにより達成される。振動波検出
手段が出力する振動波の内の不要な周波数帯域を除くフ
ィルタを設けることが望ましい。上記目的は、監視対象
となる振動波源の振動波を検出し、振動波の周波数成分
と振幅の関係を求め、振動波の周波数主成分から振動波
源の異常を分析する監視方法において、振動波の周波数
主成分から振動波源が正常と分析された場合に、周波数
成分を各周波数帯に分割して領域内を平均化し、分割及
び平均化された各周波数帯域毎の振動波振幅を変数とし
て異常現象に特有の波形により定められる共通因子を用
いて異常を抽出する因子分析を行うことにより達成され
る。因子分析で各共通因子の寄与量を指標とすることが
望ましい。正常時の共通因子の寄与量に加えて寄与量に
閾値を設け、閾値を超える共通因子の番号により異常な
音若しくは振動の音色の種類を推定することが望まし
い。正常時の共通因子の寄与量に加えて、寄与量が１を
超える共通因子の番号により異常な音若しくは振動の音
色の種類を推定することが望ましい。上記構成によれ
ば、振動波の主成分分析により正常と判断された時に、
振動波の波形に依存する概念である音色を共通因子とす
る因子分析を行い音色の違いを抽出して、振動波に埋も
れた小さな異常を検出できる。
なる振動波源の振動波を検出する振動波検出手段と、振
動波検出手段が検出した振動波の周波数成分と振幅の関
係を求めるフーリェ変換手段と、振動波の周波数主成分
から振動波源の異常を分析する主成分分析手段とを有す
る監視装置において、フーリェ変換手段が出力する周波
数成分を各周波数帯に分割し、分割した領域内を平均化
するデータ分割手段と、分割及び平均化された各周波数
帯域毎の振動波振幅を変数として異常現象に特有の波形
により定められる共通因子を用いて異常を抽出する因子
分析手段とを設けたことにより達成される。振動波検出
手段が出力する振動波の内の不要な周波数帯域を除くフ
ィルタを設けることが望ましい。上記目的は、監視対象
となる振動波源の振動波を検出し、振動波の周波数成分
と振幅の関係を求め、振動波の周波数主成分から振動波
源の異常を分析する監視方法において、振動波の周波数
主成分から振動波源が正常と分析された場合に、周波数
成分を各周波数帯に分割して領域内を平均化し、分割及
び平均化された各周波数帯域毎の振動波振幅を変数とし
て異常現象に特有の波形により定められる共通因子を用
いて異常を抽出する因子分析を行うことにより達成され
る。因子分析で各共通因子の寄与量を指標とすることが
望ましい。正常時の共通因子の寄与量に加えて寄与量に
閾値を設け、閾値を超える共通因子の番号により異常な
音若しくは振動の音色の種類を推定することが望まし
い。正常時の共通因子の寄与量に加えて、寄与量が１を
超える共通因子の番号により異常な音若しくは振動の音
色の種類を推定することが望ましい。上記構成によれ
ば、振動波の主成分分析により正常と判断された時に、
振動波の波形に依存する概念である音色を共通因子とす
る因子分析を行い音色の違いを抽出して、振動波に埋も
れた小さな異常を検出できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。本実施の形態では振動波のうちの音を例
として説明する。図１は本発明の実施の形態の監視装置
構成を示すブロック図である。本図に示すように監視装
置は、振動波検出手段である監視対象となる音源からの
音を電気信号として検出するマイクロフォン１、音の周
波数の内で不要な帯域が予め明らかであればマイクロフ
ォン１からの電気信号よりその帯域を除くフィルタ２、
フィルタ２の出力をフーリェ変換し音の周波数成分と振
幅の関係を求めるフーリェ変換器３、フーリェ変換器３
が出力する連続した周波数成分をオクターブ分割し、分
割した領域内を平均化するデータ分割器４、分割、平均
化した各周波数帯と振幅の組合せを変数として主成分を
分析する主成分分析器５、その変数群を対象として因子
分析を行う因子分析器６とから構成される。
より説明する。本実施の形態では振動波のうちの音を例
として説明する。図１は本発明の実施の形態の監視装置
構成を示すブロック図である。本図に示すように監視装
置は、振動波検出手段である監視対象となる音源からの
音を電気信号として検出するマイクロフォン１、音の周
波数の内で不要な帯域が予め明らかであればマイクロフ
ォン１からの電気信号よりその帯域を除くフィルタ２、
フィルタ２の出力をフーリェ変換し音の周波数成分と振
幅の関係を求めるフーリェ変換器３、フーリェ変換器３
が出力する連続した周波数成分をオクターブ分割し、分
割した領域内を平均化するデータ分割器４、分割、平均
化した各周波数帯と振幅の組合せを変数として主成分を
分析する主成分分析器５、その変数群を対象として因子
分析を行う因子分析器６とから構成される。
【０００６】次に本実施の形態になる監視方法を説明す
る。図２は本発明の実施の形態の監視方法を説明するフ
ローチャートである。マイクロフォン１により音源から
の音を電気信号として検出し、フィルタ２により不要な
帯域が明らかであれば除去する。
る。図２は本発明の実施の形態の監視方法を説明するフ
ローチャートである。マイクロフォン１により音源から
の音を電気信号として検出し、フィルタ２により不要な
帯域が明らかであれば除去する。
【０００７】図３は本発明の実施の形態のフィルタ入力
を示す図表である。本図の横軸は音の周波数成分を表
し、縦軸は音の振幅を表し中央部には解析する上で不要
な帯域が存在する。
を示す図表である。本図の横軸は音の周波数成分を表
し、縦軸は音の振幅を表し中央部には解析する上で不要
な帯域が存在する。
【０００８】図４は本発明の実施の形態のフィルタ出力
を示す図表である。本図は図３の解析する上で不要な帯
域をバンドパス型式のフィルタ２により除去した状態を
模擬したものである。本実施の形態の監視装置ではフィ
ルタ２の入力はまだフーリェ変換していないので周波数
成分は得られておらず、単なる複数の周波数を含む音の
電気信号の状態である。フィルタ２の出力をフーリェ変
換器３へ入力し、音の周波数成分と振幅の関係を求め
る。
を示す図表である。本図は図３の解析する上で不要な帯
域をバンドパス型式のフィルタ２により除去した状態を
模擬したものである。本実施の形態の監視装置ではフィ
ルタ２の入力はまだフーリェ変換していないので周波数
成分は得られておらず、単なる複数の周波数を含む音の
電気信号の状態である。フィルタ２の出力をフーリェ変
換器３へ入力し、音の周波数成分と振幅の関係を求め
る。
【０００９】図５は本発明の実施の形態のデータ分割器
出力を示す図表である。データ分割器４によりフーリェ
変換器３が出力する周波数成分を１ＫＨｚ毎の周波数帯
にオクターブ分割し、分割した領域内を平均化して周波
数ＫＨｚ単位の振幅で表した変数を得る。次に周波数Ｋ
Ｈｚ単位の振幅で表した変数を主成分分析器５で主成分
分析を行う。音に関するデータへの主成分分析の具体的
な適用については特願平６−９８０５号に詳細に記載さ
れているのでここでは言及しない。主成分分析により音
に異常が認められず正常と判断された場合に因子分析器
６により因子分析を行う。
出力を示す図表である。データ分割器４によりフーリェ
変換器３が出力する周波数成分を１ＫＨｚ毎の周波数帯
にオクターブ分割し、分割した領域内を平均化して周波
数ＫＨｚ単位の振幅で表した変数を得る。次に周波数Ｋ
Ｈｚ単位の振幅で表した変数を主成分分析器５で主成分
分析を行う。音に関するデータへの主成分分析の具体的
な適用については特願平６−９８０５号に詳細に記載さ
れているのでここでは言及しない。主成分分析により音
に異常が認められず正常と判断された場合に因子分析器
６により因子分析を行う。
【００１０】因子分析の基本的な概念について以下に述
べる。因子分析は外的基準の無い多変量解析の一つであ
り、実際の物理的変数データの裏に潜在する支配的な要
因を探索する手法である。因子分析においては各変数デ
ータが具体的な物理変量であるのに対して、各因子は抽
象的概念であり、分析者の解釈に依存して決定される。
本実施の形態の因子は音の重要な要素の一つである波形
により決まる音色である。いわば物理的表現になじまな
い概念を因子と定義することにより因子分析が可能とな
る。監視対象設備、監視対象領域では、数多くの音が混
在しているので、正常時にもいくつかの音色が存在して
いる。このことは音に代わる振動においても同じことが
云える。主成分分析では各周波数帯域毎の音の振幅の大
きさを数多くの変数データとして相関係数という内的基
準に基づき、つまり相関の強い帯域間の音に着目して多
くの変数データに共通する特徴として少数の主成分値を
抽出するのに対し、因子分析ではある一つの変数データ
をいくつかの共通因子として分解することに相当する。
この共通因子の組合せで観測可能な変数データが成立し
ていると考える。つまり、周波数帯域毎の音の振幅Ｘ
（変数データ）は以下に示すようになっているとする。 Ｘ1＝Ａ11・（流動音）＋Ａ12・（吹出音１）・・・＋Ａ1m・（うなり音） Ｘ2＝Ａ21・（流動音）＋Ａ22・（吹出音１）・・・＋Ａ2m・（うなり音） ・ ・ ・ Ｘp＝Ａp1・（流動音）＋Ａp2・（吹出音１）・・・＋Ａpm・（うなり音） ………………………………………………………………………（２） ここで Ｘi ｐ個に分割後の各周波数帯域毎の音の振幅（i＝１，・・・ｐ） （ ） Ｆikで表す共通因子得点（ｍ＝９個） 流動音、吹出音１(気体)、吹出音２(液体)、擦り音、削り音、 破裂音、びびり音、当り音、唸り音がある Ａｉk 第ｉ変数と第ｋ共通因子との関連を表す係数（因子負荷量という） 因子負荷量Ａｉkは、あるサンプル音Ｘについて、変数
Ｘiと共通因子得点Ｆi kとの相関係数に相当する。次に
因子負荷量Ａｉkは、変数ＸjとＸq間の相関係数Ｒjqと
式（３）の関係にあることを制約条件として式（４）の
Ｖkをできるだけ大きくするように決定する。この手順
は主因子法と呼ばれている。 Ｒjq＝Ａj1・Ａq1＋Ａj2・Ａq2・・・＋Ａjm・Ａqm……………………（３） 但しj≠q Ｖ1＝Ａ11 2＋Ａ21 2＋・・・＋Ａp1 2 Ｖ2＝Ａ12 2＋Ａ22 2＋・・・＋Ａp2 2 ・ ・ ・ Ｖm＝Ａ1m2＋Ａ2m2＋・・・＋Ａpm2 ………………………………………………………………………（４） ここでＶkは寄与量と呼ばれる。式（４）による主因子
法は、多くの変数と共通因子とが高い相関を示すように
という基準で一組の初期因子負荷量を求める。この主因
子法で求めた初期因子負荷量を因子軸の回転により単純
な構造にして見易くする。この因子軸の回転には様々な
手法は有るが、最も知られているものにバリマックス法
が有る。バリマックス法は各因子が特定の変数とのみ高
い相関を示し、他の変数とは０に近い相関となるように
単純化するものである。具体的には第ｋ共通因子に係る
因子負荷量の二乗値 Ａ1k2，Ａ2k2，・・・Ａpk2の分
散を大きくしようという基準である。分散を大きくする
ことは、因子負荷量の絶対値が１に近いものと、０に近
いものとに出来るだけ分離することに相当する。このよ
うにして最終的な因子負荷量Ａｉkが求められる。多変
量解析では制約条件下での極大値、極小値問題が多く、
数学的手法としてラグランジュの未定乗数を用いる。因
子分析では式（３）の制約のもとで式（４）の寄与量Ｖ
kを最大とするように初期因子負荷量を求めるので、こ
こで得られた固有値は寄与量そのものである。寄与量は
式（４）に見られるように因子負荷量の二乗の和であ
り、同時に元の変数の何個分の情報（バラツキ）を持つ
かを示す。よって寄与量は初期因子負荷量の言わば説明
力を表しており、その値が大きい程、情報集約量が大き
いといえる。
べる。因子分析は外的基準の無い多変量解析の一つであ
り、実際の物理的変数データの裏に潜在する支配的な要
因を探索する手法である。因子分析においては各変数デ
ータが具体的な物理変量であるのに対して、各因子は抽
象的概念であり、分析者の解釈に依存して決定される。
本実施の形態の因子は音の重要な要素の一つである波形
により決まる音色である。いわば物理的表現になじまな
い概念を因子と定義することにより因子分析が可能とな
る。監視対象設備、監視対象領域では、数多くの音が混
在しているので、正常時にもいくつかの音色が存在して
いる。このことは音に代わる振動においても同じことが
云える。主成分分析では各周波数帯域毎の音の振幅の大
きさを数多くの変数データとして相関係数という内的基
準に基づき、つまり相関の強い帯域間の音に着目して多
くの変数データに共通する特徴として少数の主成分値を
抽出するのに対し、因子分析ではある一つの変数データ
をいくつかの共通因子として分解することに相当する。
この共通因子の組合せで観測可能な変数データが成立し
ていると考える。つまり、周波数帯域毎の音の振幅Ｘ
（変数データ）は以下に示すようになっているとする。 Ｘ1＝Ａ11・（流動音）＋Ａ12・（吹出音１）・・・＋Ａ1m・（うなり音） Ｘ2＝Ａ21・（流動音）＋Ａ22・（吹出音１）・・・＋Ａ2m・（うなり音） ・ ・ ・ Ｘp＝Ａp1・（流動音）＋Ａp2・（吹出音１）・・・＋Ａpm・（うなり音） ………………………………………………………………………（２） ここで Ｘi ｐ個に分割後の各周波数帯域毎の音の振幅（i＝１，・・・ｐ） （ ） Ｆikで表す共通因子得点（ｍ＝９個） 流動音、吹出音１(気体)、吹出音２(液体)、擦り音、削り音、 破裂音、びびり音、当り音、唸り音がある Ａｉk 第ｉ変数と第ｋ共通因子との関連を表す係数（因子負荷量という） 因子負荷量Ａｉkは、あるサンプル音Ｘについて、変数
Ｘiと共通因子得点Ｆi kとの相関係数に相当する。次に
因子負荷量Ａｉkは、変数ＸjとＸq間の相関係数Ｒjqと
式（３）の関係にあることを制約条件として式（４）の
Ｖkをできるだけ大きくするように決定する。この手順
は主因子法と呼ばれている。 Ｒjq＝Ａj1・Ａq1＋Ａj2・Ａq2・・・＋Ａjm・Ａqm……………………（３） 但しj≠q Ｖ1＝Ａ11 2＋Ａ21 2＋・・・＋Ａp1 2 Ｖ2＝Ａ12 2＋Ａ22 2＋・・・＋Ａp2 2 ・ ・ ・ Ｖm＝Ａ1m2＋Ａ2m2＋・・・＋Ａpm2 ………………………………………………………………………（４） ここでＶkは寄与量と呼ばれる。式（４）による主因子
法は、多くの変数と共通因子とが高い相関を示すように
という基準で一組の初期因子負荷量を求める。この主因
子法で求めた初期因子負荷量を因子軸の回転により単純
な構造にして見易くする。この因子軸の回転には様々な
手法は有るが、最も知られているものにバリマックス法
が有る。バリマックス法は各因子が特定の変数とのみ高
い相関を示し、他の変数とは０に近い相関となるように
単純化するものである。具体的には第ｋ共通因子に係る
因子負荷量の二乗値 Ａ1k2，Ａ2k2，・・・Ａpk2の分
散を大きくしようという基準である。分散を大きくする
ことは、因子負荷量の絶対値が１に近いものと、０に近
いものとに出来るだけ分離することに相当する。このよ
うにして最終的な因子負荷量Ａｉkが求められる。多変
量解析では制約条件下での極大値、極小値問題が多く、
数学的手法としてラグランジュの未定乗数を用いる。因
子分析では式（３）の制約のもとで式（４）の寄与量Ｖ
kを最大とするように初期因子負荷量を求めるので、こ
こで得られた固有値は寄与量そのものである。寄与量は
式（４）に見られるように因子負荷量の二乗の和であ
り、同時に元の変数の何個分の情報（バラツキ）を持つ
かを示す。よって寄与量は初期因子負荷量の言わば説明
力を表しており、その値が大きい程、情報集約量が大き
いといえる。
【００１１】表１に正常時の音での共通因子の値を示
す。
す。
【００１２】
【表１】
【００１３】第１共通因子の寄与率が７．０２であるこ
とは第１共通因子である流動音が他の情報に比較して約
７倍の情報を持っていることになる。また、共通因子の
総数は９であるから第１共通因子の寄与率は、 ７．０２／９×１００＝７８％ となり、第１共通因子だけで全体のほぼ８０％を占めて
いるので流動音が音色を代表するものであることが明ら
かである。この全体に占める割合を累積寄与率といい、
一般的に７０〜８０％以上となるまでの共通因子を選択
すれば良いとされている。なお、因子分析に関しては統
計解析ハンドブック−多変量解析−田中、垂水編、共立
出版 １９９５発行に詳細に説明されている。次に、因
子分析を音の診断に適用する具体的な例を説明する。表
２に微小な空気漏れを生じさせた場合の二つのサンプル
Ａ１，Ａ２の周波数成分、言い替えれば異常な音の各周
波数帯域毎の振幅を示す。
とは第１共通因子である流動音が他の情報に比較して約
７倍の情報を持っていることになる。また、共通因子の
総数は９であるから第１共通因子の寄与率は、 ７．０２／９×１００＝７８％ となり、第１共通因子だけで全体のほぼ８０％を占めて
いるので流動音が音色を代表するものであることが明ら
かである。この全体に占める割合を累積寄与率といい、
一般的に７０〜８０％以上となるまでの共通因子を選択
すれば良いとされている。なお、因子分析に関しては統
計解析ハンドブック−多変量解析−田中、垂水編、共立
出版 １９９５発行に詳細に説明されている。次に、因
子分析を音の診断に適用する具体的な例を説明する。表
２に微小な空気漏れを生じさせた場合の二つのサンプル
Ａ１，Ａ２の周波数成分、言い替えれば異常な音の各周
波数帯域毎の振幅を示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】表３に正常な音の五つのサンプルの周波数
成分、言い替えれば音の各周波数帯域毎の振幅を示す。
成分、言い替えれば音の各周波数帯域毎の振幅を示す。
【００１６】
【表３】
【００１７】図６は本発明の実施の形態の正常な音と異
常な音の周波数成分を示す図表である。本図の横軸は音
の１ＫＨｚ毎の周波数を表し、縦軸は音の振幅をｄＢで
表し、表３のサンプル〔１〕を実線としその正常時の最
大値と最小値を点線とし、表２のサンプルＡ１，Ａ２の
平均を棒状として表した。
常な音の周波数成分を示す図表である。本図の横軸は音
の１ＫＨｚ毎の周波数を表し、縦軸は音の振幅をｄＢで
表し、表３のサンプル〔１〕を実線としその正常時の最
大値と最小値を点線とし、表２のサンプルＡ１，Ａ２の
平均を棒状として表した。
【００１８】ここでは正常時の音の周波数成分変動の中
に含まれる異常について検討する。図７は本発明の実施
の形態の主成分分析値の正常領域を示す図表である。表
３に示す周波数帯域毎の振幅をデータとして主成分得点
を求め、正常時の音を主成分分析して求めた第１主成分
値と第２主成分値との座標系に点線の円で示す正常領域
との位置関係を調べると正常と判断される。主成分分析
により詳細に周波数成分間の関係を調べても、周波数成
分間の自己相関について特徴が小さければ主成分値の座
標軸にマッピングしても識別の指標とはなり得ない。表
４は表３に示す五つのサンプルの各周波数帯域毎の振幅
平均値の各周波数帯域間の相関係数を示す。
に含まれる異常について検討する。図７は本発明の実施
の形態の主成分分析値の正常領域を示す図表である。表
３に示す周波数帯域毎の振幅をデータとして主成分得点
を求め、正常時の音を主成分分析して求めた第１主成分
値と第２主成分値との座標系に点線の円で示す正常領域
との位置関係を調べると正常と判断される。主成分分析
により詳細に周波数成分間の関係を調べても、周波数成
分間の自己相関について特徴が小さければ主成分値の座
標軸にマッピングしても識別の指標とはなり得ない。表
４は表３に示す五つのサンプルの各周波数帯域毎の振幅
平均値の各周波数帯域間の相関係数を示す。
【００１９】
【表４】
【００２０】図８は本発明の実施の形態の正常時の音の
各周波数帯域毎の相関係数と異常時の音の相関係数を示
す図表である。本図に示すように表４に示す正常時の音
の各周波数帯域毎の相関係数の分布の中に表２に示す異
常時の音の振幅平均値から求めた各周波数帯域間の相関
係数が包含されているから、主成分分析法等の統計的手
法を用いても識別が困難であることがわかる。まして、
図６に示すように空気漏れ音であるＡ１，Ａ２のサンプ
ルでは正常時の周波数成分の中に埋もれているので周波
数毎の音の振幅を調べても識別が困難である。このよう
な場合の判断基準として音の残りの大きな要素である波
形に着目するとになる。然し乍ら波形は時間軸に対して
極めて複雑に変化し、どのようにして特徴を把握するか
は大きな課題ではあるが、人間は周波数に敏感であるば
かりでなく音の特徴を音色といった抽象的な概念で微妙
な相違を検知できる。通常の音例えば流動音を第１共通
因子として主成分分析器５で正常と識別されたら、更に
音色という観点から診断することが可能である。第２共
通因子以降の寄与量が増大すればその共通因子に相当す
る音色の音が新たに加わったことになり、通常とは何か
異なった音が発生していることが検知できる。表５は空
気漏れを起している異常な音のＡ１，Ａ２サンプルを因
子分析して得られた各共通因子の寄与量を示す。
各周波数帯域毎の相関係数と異常時の音の相関係数を示
す図表である。本図に示すように表４に示す正常時の音
の各周波数帯域毎の相関係数の分布の中に表２に示す異
常時の音の振幅平均値から求めた各周波数帯域間の相関
係数が包含されているから、主成分分析法等の統計的手
法を用いても識別が困難であることがわかる。まして、
図６に示すように空気漏れ音であるＡ１，Ａ２のサンプ
ルでは正常時の周波数成分の中に埋もれているので周波
数毎の音の振幅を調べても識別が困難である。このよう
な場合の判断基準として音の残りの大きな要素である波
形に着目するとになる。然し乍ら波形は時間軸に対して
極めて複雑に変化し、どのようにして特徴を把握するか
は大きな課題ではあるが、人間は周波数に敏感であるば
かりでなく音の特徴を音色といった抽象的な概念で微妙
な相違を検知できる。通常の音例えば流動音を第１共通
因子として主成分分析器５で正常と識別されたら、更に
音色という観点から診断することが可能である。第２共
通因子以降の寄与量が増大すればその共通因子に相当す
る音色の音が新たに加わったことになり、通常とは何か
異なった音が発生していることが検知できる。表５は空
気漏れを起している異常な音のＡ１，Ａ２サンプルを因
子分析して得られた各共通因子の寄与量を示す。
【００２１】
【表５】
【００２２】表５には９種類の共通因子の寄与量を示
し、正常時では寄与量が１を超えるものは第１共通因子
だけであったが、空気漏れを起していると寄与量が１を
超えるものは第１共通因子と第２共通因子の二つに増加
する。第１共通因子の寄与率が５．２９で第２共通因子
の寄与率が２．６３であるから累積寄与率は、 （５．２９＋２．６３）／９×１００＝８８％ となり８０％を超えて第１共通因子と第２共通因子で十
分に音色を代表している。
し、正常時では寄与量が１を超えるものは第１共通因子
だけであったが、空気漏れを起していると寄与量が１を
超えるものは第１共通因子と第２共通因子の二つに増加
する。第１共通因子の寄与率が５．２９で第２共通因子
の寄与率が２．６３であるから累積寄与率は、 （５．２９＋２．６３）／９×１００＝８８％ となり８０％を超えて第１共通因子と第２共通因子で十
分に音色を代表している。
【００２３】図９は本発明の実施の形態の共通因子と寄
与量の関係を示す図表である。本図から明らかなように
空気漏れを起すと第１共通因子の寄与量が小さくなり、
第２共通因子の寄与量が増加し気体の吹きだし音に相当
する音色が強くなっている。以上に述べたように異常な
音に相当する音色が各共通因子の値として正常時のそれ
より上昇するので、寄与量の分布、寄与量が１を超える
共通因子の数から正常時とは何か異なるといった識別が
可能となる。また、本発明の他の実施の形態として主成
分分析器５と因子分析器６を並列に接続してどちらかの
異常の検出をもって識別が可能となる。そして、対象に
よっては主成分分析の前段階で因子分析を行い音の波形
に注目することが有効な場合も有る。
与量の関係を示す図表である。本図から明らかなように
空気漏れを起すと第１共通因子の寄与量が小さくなり、
第２共通因子の寄与量が増加し気体の吹きだし音に相当
する音色が強くなっている。以上に述べたように異常な
音に相当する音色が各共通因子の値として正常時のそれ
より上昇するので、寄与量の分布、寄与量が１を超える
共通因子の数から正常時とは何か異なるといった識別が
可能となる。また、本発明の他の実施の形態として主成
分分析器５と因子分析器６を並列に接続してどちらかの
異常の検出をもって識別が可能となる。そして、対象に
よっては主成分分析の前段階で因子分析を行い音の波形
に注目することが有効な場合も有る。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、振動波の主成分分析に
より正常と判断された時に、振動波の波形に依存する概
念である音色を共通因子とする因子分析を行い音色の違
いを抽出して、振動波に埋もれた小さな異常を検出する
効果が得られる。
より正常と判断された時に、振動波の波形に依存する概
念である音色を共通因子とする因子分析を行い音色の違
いを抽出して、振動波に埋もれた小さな異常を検出する
効果が得られる。
【図１】本発明の実施の形態の監視装置構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】本発明の実施の形態の監視方法を説明するフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図３】本発明の実施の形態のフィルタ入力を示す図表
である。
である。
【図４】本発明の実施の形態のフィルタ出力を示す図表
である。
である。
【図５】本発明の実施の形態のデータ分割器出力を示す
図表である。
図表である。
【図６】本発明の実施の形態の正常な音と異常な音の周
波数分布を示す図表である。
波数分布を示す図表である。
【図７】本発明の実施の形態の主成分分析値の正常領域
を示す図表である。
を示す図表である。
【図８】本発明の実施の形態の正常時の音の各周波数帯
域毎の相関係数と異常時の音の相関係数を示す図表であ
る。
域毎の相関係数と異常時の音の相関係数を示す図表であ
る。
【図９】本発明の実施の形態の共通因子と寄与量の関係
を示す図表である。
を示す図表である。
【図１０】従来の監視装置の構成を示す説明図である。
【図１１】従来の監視装置における音の周波数分布と閾
値との関係を示す図表である。
値との関係を示す図表である。
１ マイクロフォン ２ フィルタ ３ フーリェ変換器 ４ データ分割器 ５ 主成分分析器 ６ 因子分析器 ７ パワー比較器
Claims (6)
- 【請求項１】 監視対象となる振動波源の振動波を検出
する振動波検出手段と、該振動波検出手段が検出した振
動波の周波数成分と振幅の関係を求めるフーリェ変換手
段と、前記振動波の周波数主成分から前記振動波源の異
常を分析する主成分分析手段とを有する監視装置におい
て、 前記フーリェ変換手段が出力する周波数成分を各周波数
帯に分割し、分割した領域内を平均化するデータ分割手
段と、該分割及び平均化された各周波数帯域毎の振動波
振幅を変数として異常現象に特有の波形により定められ
る共通因子を用いて異常を抽出する因子分析手段とを設
けたことを特徴とする監視装置。 - 【請求項２】 前記振動波検出手段が出力する前記振動
波の内の不要な周波数帯域を除くフィルタを設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の監視装置。 - 【請求項３】 監視対象となる振動波源の振動波を検出
し、該振動波の周波数成分と振幅の関係を求め、前記振
動波の周波数主成分から前記振動波源の異常を分析する
監視方法において、 前記振動波の周波数主成分から前記振動波源が正常と分
析された場合に、前記周波数成分を各周波数帯に分割し
て領域内を平均化し、該分割及び平均化された各周波数
帯域毎の振動波振幅を変数として異常現象に特有の波形
により定められる共通因子を用いて異常を抽出する因子
分析を行うことを特徴とする監視方法。 - 【請求項４】 前記因子分析で各共通因子の寄与量を指
標とすることを特徴とする請求項３に記載の監視方法。 - 【請求項５】 正常時の共通因子の寄与量に加えて該寄
与量に閾値を設け、該閾値を超える共通因子の番号によ
り異常な音若しくは振動の音色の種類を推定することを
特徴とする請求項３に記載の監視方法。 - 【請求項６】 正常時の共通因子の寄与量に加えて、該
寄与量が１を超える共通因子の番号により異常な音若し
くは振動の音色の種類を推定することを特徴とする請求
項３に記載の監視方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15182397A JPH10339664A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 監視装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15182397A JPH10339664A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 監視装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339664A true JPH10339664A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=15527105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15182397A Pending JPH10339664A (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 監視装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10339664A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007003385A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Japan Science & Technology Agency | 対象設備の診断方法、コンピュータプログラム、及び、対象設備を診断するための装置 |
| WO2018042625A1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社 荏原製作所 | 振動監視装置 |
| WO2018042626A1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社 荏原製作所 | 振動監視装置 |
| WO2022009904A1 (ja) * | 2020-07-06 | 2022-01-13 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | エンジンの異常診断方法、エンジンの異常診断プログラム、及びエンジンの異常診断システム |
| CN115606168A (zh) * | 2020-06-15 | 2023-01-13 | 株式会社日立制作所（Jp） | 自动检查系统以及无线子机 |
-
1997
- 1997-06-10 JP JP15182397A patent/JPH10339664A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007003385A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Japan Science & Technology Agency | 対象設備の診断方法、コンピュータプログラム、及び、対象設備を診断するための装置 |
| WO2018042625A1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社 荏原製作所 | 振動監視装置 |
| WO2018042626A1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社 荏原製作所 | 振動監視装置 |
| CN115606168A (zh) * | 2020-06-15 | 2023-01-13 | 株式会社日立制作所（Jp） | 自动检查系统以及无线子机 |
| WO2022009904A1 (ja) * | 2020-07-06 | 2022-01-13 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | エンジンの異常診断方法、エンジンの異常診断プログラム、及びエンジンの異常診断システム |
| JPWO2022009904A1 (ja) * | 2020-07-06 | 2022-01-13 | ||
| KR20230009484A (ko) * | 2020-07-06 | 2023-01-17 | 고쿠리츠겐큐카이하츠호진 가이죠·고완·고쿠기쥬츠겐큐죠 | 엔진의 이상 진단 방법, 엔진의 이상 진단 프로그램 및 엔진의 이상 진단 시스템 |
| CN115702288A (zh) * | 2020-07-06 | 2023-02-14 | 国立研究开发法人海上·港湾·航空技术研究所 | 发动机的异常诊断方法、发动机的异常诊断程序及发动机的异常诊断系统 |
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