JPH11173908A - Method and apparatus for processing signal waveform - Google Patents

Method and apparatus for processing signal waveform

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JPH11173908A
JPH11173908A JP34504197A JP34504197A JPH11173908A JP H11173908 A JPH11173908 A JP H11173908A JP 34504197 A JP34504197 A JP 34504197A JP 34504197 A JP34504197 A JP 34504197A JP H11173908 A JPH11173908 A JP H11173908A
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JP
Japan
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signal
frequency
amplitude
waveform
signal waveform
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Application number
JP34504197A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshibumi Kodama
俊文 児玉
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make signal waveform detailedly analyzable with a simple constitution by calculating the frequency and amplitude of a signal waveform from a complex signal having a sampled signal series as a real number part (imaginary number part) and a Hilbert transformation pair of the series as an imaginary number part (real number part if the series is made the imaginary number part). SOLUTION: A signal waveform detected by a sensor 10 is sampled at a constant time interval by a sampling device 12, converted to a time series data and stored in a memory 14. A first operating device 16 calculates a discrete Hilbert transformation pair of the time series data with the use of a predetermined method, thereby obtaining a complex signal which has, for example, the time series data set as a real number part and the discrete Hilbert transformation pair as an imaginary number part. A second operating device 18 calculates a frequency from a deflection angle of the complex signal according to a predetermined expression. A third operating device 20 calculates an amplitude based on an absolute value of the complex signal according to a predetermined expression. In this constitution, the frequency and amplitude of measured data can be calculated highly accurately.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、信号波形の処理方
法及び装置に係わり、特に回転機等に代表される機械設
備の振動や音響等の信号波形の周波数、及び、その成分
を観測する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for processing a signal waveform, and more particularly to a technique for observing the frequency of a signal waveform such as vibration and sound of mechanical equipment typified by a rotating machine and the like, and its components. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、運転中の機械設備の異常の徴候を
早急に判断し、異常が拡大しないうちに装置を停止して
修繕や部品交換等のメンテナンスを行うことにより、機
械設備の重大事故の発生による設備の損害や、設備停止
による生産に対する損害を防止する目的で設備の異常診
断が広く行われている。このような設備診断技術の例と
しては、例えば「設備異常診断と予知保全技術資料集大
成」(富士テクノシステム)が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a serious accident of machinery and equipment has been performed by immediately judging a sign of abnormality of the machinery and equipment during operation, stopping the apparatus and performing maintenance such as repair or replacement of parts before the abnormality spreads. In order to prevent damage to equipment due to the occurrence of damage and damage to production due to equipment stoppage, abnormality diagnosis of equipment is widely performed. As an example of such a facility diagnosis technique, for example, “Completion of Technical Information on Facility Failure Diagnosis and Predictive Maintenance” (Fuji Techno System) is known.

【0003】設備診断技術の中で、回転機等の機械設備
に対しては、診断のための検出手法として、音響や振動
のモニタリングが多く用いられている。これは、回転数
等で規定される基本周波数f0 に関する成分の強弱で軸
受け等の機構部の異常の有無を判別するものであり、F
FT(Fast Fourier Transform)アナライザ等の周
波数解析手段を用いて信号波形の周波数特性(スペクト
ル)を算出して、対象とする周波数における振幅強度を
表示あるいは記録するものである。又、ピーク周波数の
検出の目的に対しては、前述のようにして算出したスペ
クトルが最大となる点をピーク周波数として表示あるい
は記録している。
[0003] Among the equipment diagnosis techniques, monitoring of sound and vibration is frequently used as a detection method for diagnosis of mechanical equipment such as a rotating machine. This is to determine the presence or absence of an abnormality in a mechanical unit such as a bearing based on the strength of a component related to a fundamental frequency f0 defined by the number of revolutions and the like.
The frequency characteristic (spectrum) of the signal waveform is calculated using frequency analysis means such as an FT (Fast Fourier Transform) analyzer, and the amplitude intensity at the target frequency is displayed or recorded. For the purpose of detecting the peak frequency, the point at which the spectrum calculated as described above becomes maximum is displayed or recorded as the peak frequency.

【0004】しかし、上記のような周波数解析手段は、
離散的時系列データに対する離散フーリエ変換であり、
算出されるスペクトルも離散的な周波数サンプルに対す
るもので、機械設備の運転条件によってはモニタしてい
る振動成分が上記のような周波数サンプルから外れ、該
振動成分のレベルが著しく低下したと誤報を発する恐れ
がある。
[0004] However, the frequency analysis means as described above
A discrete Fourier transform for discrete time series data,
The calculated spectrum is also for a discrete frequency sample, and depending on the operating conditions of the mechanical equipment, the monitored vibration component deviates from the frequency sample as described above, and a false report is issued that the level of the vibration component has been significantly reduced. There is fear.

【0005】即ち、周波数分解能0.1[Hz]、デー
タ長256点で離散フーリエ変換を行う場合、例えば図
12に示すような振幅1.0[V]、周波数1.0[H
z]の振動波形の場合、図13に示すように、スペクト
ルのピーク値は正しい値を検出するが、図14に示すよ
うに、振幅が同じく1.0[V]でも、周波数1.04
[Hz]の振動波形の場合は、図15に示すように、ピ
ーク周波数が1.0[Hz]となり、ピーク周波数も、
その成分も誤った値を検出してしまう。又、ピーク周波
数の算出分解能も周波数サンプル間隔に限定され、それ
以上の詳細なピーク周波数の検出をすることができな
い。
That is, when discrete Fourier transform is performed with a frequency resolution of 0.1 [Hz] and a data length of 256 points, for example, an amplitude of 1.0 [V] and a frequency of 1.0 [H] as shown in FIG.
In the case of the vibration waveform of z], the peak value of the spectrum detects a correct value as shown in FIG. 13, but as shown in FIG. 14, even if the amplitude is 1.0 V, the frequency is 1.04.
In the case of a vibration waveform of [Hz], as shown in FIG. 15, the peak frequency becomes 1.0 [Hz], and the peak frequency also becomes
The component also detects an incorrect value. Further, the calculation resolution of the peak frequency is also limited to the frequency sample interval, and it is not possible to detect the peak frequency in more detail.

【0006】これに対して、特開昭58−219424
号公報において提案された回転機検査装置がある。これ
は、着目する周波数成分を含む特定の幅の周波数区間に
渡って周波数成分の二乗和演算を行い、上記スペクトル
成分モニタの代替とするものである。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 58-219424 discloses
There is a rotating machine inspection device proposed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. HEI 9-86. In this method, the sum of squares of the frequency components is calculated over a frequency section having a specific width including the frequency component of interest, and is used as a substitute for the spectrum component monitor.

【0007】又、波形の周波数特性を詳細に解析する技
術として、FFTアナライザのズーミング装置が特開昭
63−196867号公報に開示されている。この技術
は、事後的にサンプリング周波数を低下させたのと同様
の効果を得るため、予め正弦波のキャリアを乗算した時
系列データに、段階的なハーフバンドフィルタ処理を行
ってエリアジングを防止しながら、データの間引きを行
った後にスペクトル演算を行うものである。この技術に
よれば、計測信号の周波数特性を詳細に得ることがで
き、前述したような周波数点外れの問題を解決すると同
時に、ピーク周波数検出の分解能も向上させることがで
きる。
As a technique for analyzing the frequency characteristics of a waveform in detail, a zooming apparatus for an FFT analyzer is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-196687. In order to obtain the same effect as lowering the sampling frequency afterwards, this technology performs stepwise half-band filter processing on time-series data preliminarily multiplied by a sine wave carrier to prevent aliasing. However, the spectrum calculation is performed after the data is thinned out. According to this technique, the frequency characteristics of the measurement signal can be obtained in detail, and the above-described problem of frequency deviation can be solved, and at the same time, the resolution of peak frequency detection can be improved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭58−219424号公報に開示されたものでは、
前記スペクトル成分モニタの代替技術を提供するもので
はあるが、ピーク周波数の検出はできないという問題が
ある。
However, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-219424 discloses the following.
Although it provides an alternative technique to the spectrum component monitor, it has a problem that the peak frequency cannot be detected.

【0009】又、前記特開昭63−196867号公報
に開示されたものでは、ズーミングする場合には、キャ
リア信号発生装置及び乗算器が新たに必要になる他、目
的とする周波数区間に応じたキャリア周波数の再設定や
ハーフバンドフィルタ処理等の複雑な処理が必要とな
り、又、ズーミングの倍率に応じてデータ長が増大する
ため、周波数応答演算の応答性が損なわれるという問題
点がある。
Further, in the apparatus disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-196867, in the case of zooming, a carrier signal generator and a multiplier are newly required, and the zooming operation according to a target frequency section is required. Complicated processing such as resetting of the carrier frequency and half-band filter processing is required, and the data length increases in accordance with the zooming magnification, so that the responsiveness of the frequency response calculation is impaired.

【0010】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、簡単な構成で計測データの周波数及びそ
の周波数成分を詳細に解析することのできる、信号波形
の処理方法及び装置を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a signal waveform processing method and apparatus capable of analyzing in detail the frequency of measurement data and its frequency components with a simple configuration. The task is to

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、信号波形を一
定時間間隔でサンプリングし、前記サンプリングにより
得られた信号系列を実数部とし、その信号系列のヒルベ
ルト変換対を虚数部とする複素信号の系列、又は、前記
サンプリングにより得られた信号系列を虚数部とし、そ
の信号系列のヒルベルト変換対を実数部とする複素信号
の系列を算出し、所定のデータ長における、前記複素信
号の偏角の系列の傾きに基づいて前記信号波形の周波数
を算出し、他の所定のデータ長における、前記複素信号
の系列の振幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出する
ことにより、前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少
なくとも一方を算出するようにして、前記課題を解決し
たものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a complex signal in which a signal waveform is sampled at fixed time intervals, a signal sequence obtained by the sampling is used as a real part, and a Hilbert transform pair of the signal sequence is used as an imaginary part. Or a signal sequence obtained by the sampling as an imaginary part, and calculating a complex signal sequence having a Hilbert transform pair of the signal sequence as a real part, and calculating the argument of the complex signal at a predetermined data length. Calculating the frequency of the signal waveform based on the gradient of the series, and calculating the amplitude of the signal waveform based on the amplitude of the series of the complex signal at another predetermined data length, whereby the frequency of the signal waveform is calculated. Alternatively, the above problem is solved by calculating at least one of the amplitudes.

【0012】又、本発明は、信号波形の処理装置を、信
号波形を一定時間間隔でサンプリングする手段と、前記
サンプリングにより得られた信号系列を実数部とし、そ
の信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複素信号
の系列、又は、前記サンプリングにより得られた信号系
列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換対を実
数部とする複素信号の系列を算出する手段と、所定のデ
ータ長における、前記複素信号の偏角の系列の傾きに基
づいて前記信号波形の周波数を算出する手段と、他の所
定のデータ長における、前記複素信号の系列の振幅に基
づいて前記信号波形の振幅を算出する手段とから構成し
たものである。
Further, according to the present invention, there is provided a signal waveform processing device, comprising: means for sampling a signal waveform at fixed time intervals; a signal sequence obtained by the sampling being a real part; and a Hilbert transform pair of the signal sequence being an imaginary number. Means for calculating a complex signal sequence having a Hilbert transform pair of the signal sequence as an imaginary part and a Hilbert transform pair of the signal sequence as a real part; Means for calculating the frequency of the signal waveform based on the inclination of the series of the argument of the complex signal, and calculating the amplitude of the signal waveform based on the amplitude of the series of the complex signal at another predetermined data length And means for performing the above.

【0013】回転機械の軸受け部やその近傍で検出され
る振動や音響等の信号波形x(t)は、次の(1)式に
示すような正弦波状をなす。
A signal waveform x (t) of vibration or sound detected at or near the bearing portion of the rotating machine has a sine wave shape as shown in the following equation (1).

【0014】 x(t)=Acos (2πf0 t+ψ) …(1) ここで、f0 は周波数、Aは振幅、ψは初期位相であ
る。
X (t) = A cos (2πf 0 t + ψ) (1) where f 0 is a frequency, A is an amplitude, and 初期 is an initial phase.

【0015】又、信号波形x(t)を一定のサンプリン
グ時間間隔Tで離散化した時系列データは、次の(2)
式のように表わすことができる。
The time series data obtained by discretizing the signal waveform x (t) at a constant sampling time interval T is given by the following (2)
It can be expressed as an equation.

【0016】 x(n)=Acos (2πf0 Tn+ψ) …(2) ここで、nは時系列データのアドレスを示す。X (n) = A cos (2πf0 Tn + ψ) (2) Here, n indicates an address of time-series data.

【0017】本発明は、この信号中の振幅A及び周波数
f0 を高精度に検出するものである。
According to the present invention, the amplitude A and the frequency f0 in the signal are detected with high accuracy.

【0018】例えば、Oppenheim,shafer:“Digital
Signal Processing ”,chapter 7,Prentice −
Hall ,に記載されているような離散ヒルベルト変換を
用いると、前記の信号波形から得られた時系列データx
(n)から、振幅は同じで位相が90°異なる次の
(3)式に示すような波形を生成することができる。
For example, Oppenheim, shafer: "Digital
"Signal Processing", chapter 7, Prentice-
Using the discrete Hilbert transform as described in Hall, the time series data x obtained from the signal waveform
From (n), it is possible to generate a waveform as shown in the following equation (3) in which the amplitude is the same and the phase is different by 90 °.

【0019】 y(n)=Asin (2πf0 Tn+ψ) …(3)Y (n) = Asin (2πf0 Tn + ψ) (3)

【0020】従って、x(n)を実数部、y(n)を虚
数部にもつような複素信号z(n)=x(n)+jy
(n)(jは虚数単位、即ちj2 =−1)を考えると、
前記(2)及び(3)式より、次の(4)及び(5)式
が得られる。
Therefore, a complex signal z (n) = x (n) + ji having x (n) as a real part and y (n) as an imaginary part.
(N) (j is an imaginary unit, that is, j 2 = −1),
From the above equations (2) and (3), the following equations (4) and (5) are obtained.

【0021】 f0 ={(z(n)の偏角)−ψ}/nT・2π …(4) A2 =|z(n)|2 =x(n)2 +y(n)2 …(5)F 0 = {(argument of z (n)) − ψ} / nT · 2π (4) A 2 = | z (n) | 2 = x (n) 2 + y (n) 2 (5) )

【0022】これらの式を用いることにより、本発明に
よれば、信号波形を一定時間間隔でサンプリングして得
られた信号系列x(n)を実数部とし、そのヒルベルト
変換対y(n)を虚数部とする解析信号(複素信号)を
算出することにより、複素信号z(n)の偏角の傾き
(時間の一次関数成分の係数)より周波数f0 を、又複
素信号z(n)の振幅より元の信号の振幅Aを、それぞ
れ算出することができる。
By using these equations, according to the present invention, the signal sequence x (n) obtained by sampling the signal waveform at regular time intervals is used as a real part, and the Hilbert transform pair y (n) is used. By calculating an analytic signal (complex signal) to be an imaginary part, the frequency f0 and the amplitude of the complex signal z (n) are obtained from the inclination of the argument of the complex signal z (n) (coefficient of a linear function component of time). The amplitude A of the original signal can be calculated.

【0023】又、複素信号の構成法として、次式に示す
如く、y(n)を実数部、x(n)を虚数部にもつよう
にしても良い。
As a method of forming a complex signal, y (n) may have a real part and x (n) may have an imaginary part as shown in the following equation.

【0024】[0024]

【数1】 (Equation 1)

【0025】この場合は、次の(7)、(8)式のよう
になるので、その複素信号の偏角の傾き(時間の1次関
数成分の係数)を−1倍することにより周波数f0 を、
又、複素信号の振幅より元の信号の振幅Aを、それぞれ
算出することができる。
In this case, since the following equations (7) and (8) are obtained, the slope of the argument of the complex signal (the coefficient of the linear function component of time) is multiplied by −1 to obtain the frequency f. 0 ,
Further, the amplitude A of the original signal can be calculated from the amplitude of the complex signal.

【0026】[0026]

【数2】 (Equation 2)

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、x(n)
を実数部、y(n)を虚数部とした複素信号を例とし、
本発明の実施形態を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to the drawings, x (n)
Is a real part and y (n) is an imaginary part.
An embodiment of the present invention will be described in detail.

【0028】図1は、本発明の第1実施形態に係る信号
処理装置の概略構成を示すブロック線図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing device according to the first embodiment of the present invention.

【0029】図1において、10は、振動や音響を検出
して電気信号に変換する圧電式振動センサ、あるいはコ
ンデンサ式マイクロフォン等の、機械設備の診断の際に
一般的に用いられるセンサであり、12は、該センサ1
0(信号源)のアナログ波形を一定時間間隔でサンプリ
ングして、信号波形x(t)を時系列データx(n)に
変換するサンプリング装置である。14は、サンプリン
グして得られた時系列データx(n)を所定のデータ長
Nだけ記憶するメモリであり、16は、以下で説明する
ヒルベルト変換処理を時系列データx(n)に対して施
して波形y(n)を算出する第1演算装置であり、18
は、時系列データx(n)とy(n)から周波数を算出
する第2の演算装置であり、20は、時系列データx
(n)とy(n)から振幅を算出する第3の演算装置で
ある。又、22は、表示装置である。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a sensor generally used for diagnosing mechanical equipment, such as a piezoelectric vibration sensor that detects vibration or sound and converts it into an electric signal, or a condenser microphone. 12 is the sensor 1
This is a sampling device that samples an analog waveform of 0 (signal source) at regular time intervals and converts the signal waveform x (t) into time-series data x (n). A memory 14 stores time-series data x (n) obtained by sampling for a predetermined data length N, and a memory 16 performs a Hilbert transform process described below on the time-series data x (n). A first arithmetic unit that calculates the waveform y (n)
Is a second arithmetic unit for calculating a frequency from the time-series data x (n) and y (n), and 20 is a second arithmetic unit for calculating the frequency.
This is a third arithmetic unit that calculates the amplitude from (n) and y (n). Reference numeral 22 denotes a display device.

【0030】なお、サンプリング装置12は、例えば一
般に市販されているA/D変換器を用いればよいが、そ
のサンプリング時間間隔Tはエリアジングを起こさない
条件を満たすように設定する必要がある。即ち、観測す
る信号の周波数上限fmax に対し、T<1/(2fmax
)を満たすように設定する必要がある。又、1/(3
fmax )以上にすることが望ましい。
As the sampling device 12, for example, a commercially available A / D converter may be used, but its sampling time interval T needs to be set so as to satisfy a condition that does not cause aliasing. That is, for the frequency upper limit fmax of the signal to be observed, T <1 / (2fmax
) Must be set. Also, 1 / (3
fmax) or more.

【0031】又、メモリ14も、一般に広く用いられて
いる記憶手段を用いればよく、そのデータ長Nも要求さ
れる演算速度に合わせて適当に設定すればよいが、デー
タ長NとしてはN=256乃至N=512とするのが望
ましい。
Also, the memory 14 may use storage means that is generally widely used, and its data length N may be appropriately set according to the required operation speed. It is desirable to set 256 to N = 512.

【0032】以下、第1実施形態の作用について説明す
る。
The operation of the first embodiment will be described below.

【0033】センサ10によって検出された信号波形
(アナログ波形)x(t)を、サンプリング装置12に
より一定時間間隔でサンプリングして時系列データx
(n)に変換し、メモリ14に記憶させる。
The signal waveform (analog waveform) x (t) detected by the sensor 10 is sampled by the sampling device 12 at fixed time intervals, and the time-series data x
(N) and stored in the memory 14.

【0034】このようにしてサンプリングされた振動波
形の時系列データx(n)を図2に示す。
FIG. 2 shows the time-series data x (n) of the vibration waveform sampled in this manner.

【0035】第1演算装置16は、例えばOppenheim,
shafer:“Digital Signal Processing ”、chapte
r 7,Prentice −Hall に記載されているような方法
を用いて、時系列データx(n)の離散ヒルベルト変換
対y(n)を算出する。
The first arithmetic unit 16 is, for example, Oppenheim,
shafer: “Digital Signal Processing”, chapter
The discrete Hilbert transform pair y (n) of the time-series data x (n) is calculated by using a method described in r7, Prentice-Hall.

【0036】その具体的演算方法の一例としては、 1.x(n)の離散フーリエ変換を計算する(計算結果
をX(n)とする)。 2.次式で定義されるY(n)を計算する。
An example of the specific calculation method is as follows. Calculate the discrete Fourier transform of x (n) (the calculation result is defined as X (n)). 2. Calculate Y (n) defined by the following equation.

【数3】 3.Y(n)の離散逆フーリエ変換を計算する(計算結
果をy(n)とする)。という方法を用いればよく、ま
た、データ長Nが上記の好適例のように2の冪乗に等し
い場合には、離散フーリエ変換演算としてFFT(高速
フーリエ変換)を用いる事ができる。
(Equation 3) 3. The discrete inverse Fourier transform of Y (n) is calculated (the calculation result is assumed to be y (n)). If the data length N is equal to a power of 2 as in the preferred embodiment, FFT (fast Fourier transform) can be used as the discrete Fourier transform operation.

【0037】図2に示された時系列データx(n)に対
して算出された離散ヒルベルト変換対y(n)の例を図
3に示す。
FIG. 3 shows an example of the discrete Hilbert transform pair y (n) calculated for the time series data x (n) shown in FIG.

【0038】このようにして、例えば時系列データx
(n)を実数部とし、時系列データy(n)を虚数部と
する複素信号z(n)が得られる。
In this way, for example, the time series data x
A complex signal z (n) having (n) as a real part and time-series data y (n) as an imaginary part is obtained.

【0039】第2演算装置18は、前述した(4)式に
従って周波数を算出する。複素信号z(n)の偏角θは
図4に示すように、周期性を有している。従って、周波
数の算出には、偏角θが[−π,π]の範囲で単調増加
しているような適当なデータ区間[n1,n2]の傾き
Δ=(θ2−θ1)/(n2−n1)を算出してもよい
し、前記データ区間において一次回帰法を用いてもよ
い。
The second arithmetic unit 18 calculates the frequency according to the above-mentioned equation (4). The argument θ of the complex signal z (n) has periodicity as shown in FIG. Therefore, in the calculation of the frequency, the slope Δ = (θ2−θ1) / (n2−) of the appropriate data section [n1, n2] where the argument θ monotonically increases in the range of [−π, π]. n1) may be calculated, or a linear regression method may be used in the data section.

【0040】第3演算装置20は、前述した(5)式に
従って振幅を計算する。即ち、複素信号z(n)の絶対
値Z(n)=√{x(n)2 +y(n)2 }が、図5に
示すように各時間サンプル毎に算出されるため、この代
表値の平方根をもって振幅Aとすればよい。なお、Zは
nによらず一定値となるので、0からN−1の間の任意
のniに対するZ(ni)を代表値としてもよいが、本
実施形態のように、波形区間の端部が乱れている場合
は、波形区間の中央部付近のみを適当に選択したデータ
区間の平均値を用いるようにしてもよい。
The third arithmetic unit 20 calculates the amplitude according to the above-mentioned equation (5). That is, the absolute value Z (n) = {x (n) 2 + y (n) 2 } of the complex signal z (n) is calculated for each time sample as shown in FIG. The amplitude A may be determined by the square root of. Since Z is a constant value irrespective of n, Z (ni) for any ni between 0 and N-1 may be set as the representative value. However, as in the present embodiment, the end of the waveform section is set. May be used, the average value of the data section appropriately selected only in the vicinity of the center of the waveform section may be used.

【0041】本実施形態において、具体的に、回転機械
軸受けの振動波形の解析を行った。機械の回転数は大旨
1[rps ]で、振動の振幅のほぼ同一であったが、3回
の計測時の実際の回転数はそれぞれ1.01、0.9
8、1.03[rps ]で、又それぞれの測定時に別な解
析手段で予測した振幅は、順に1.25、1.13、
1.38[V]であった。
In this embodiment, the vibration waveform of the rotating machine bearing was specifically analyzed. The rotation speed of the machine was roughly 1 [rps], and the amplitudes of the vibrations were almost the same. However, the actual rotation speeds of the three measurements were 1.01 and 0.9, respectively.
8, 1.03 [rps], and the amplitudes predicted by different analysis means at each measurement are 1.25, 1.13,
1.38 [V].

【0042】又、前記3回の計測により計測された振動
の時間波形は、それぞれ図6〜図8に示すようになっ
た。これらの時間波形に対して本実施形態において、サ
ンプリング周期0.1[sec ]、データ長N=256と
して演算を行った結果を、図9に示す。図9に示すよう
に、いずれの測定値も誤差0.3%以内であり、よい精
度で一致していることが分かる。
The time waveforms of the vibration measured by the three measurements are as shown in FIGS. 6 to 8, respectively. FIG. 9 shows a result obtained by performing an arithmetic operation on these time waveforms with the sampling period of 0.1 [sec] and the data length N = 256 in the present embodiment. As shown in FIG. 9, all the measured values have an error within 0.3%, and it can be seen that they match with good accuracy.

【0043】次に、周波数検出に適用された本発明の第
2実施形態について説明する。
Next, a second embodiment of the present invention applied to frequency detection will be described.

【0044】第2実施形態に係る信号処理装置の概略構
成を図10に示す。
FIG. 10 shows a schematic configuration of a signal processing device according to the second embodiment.

【0045】本実施形態は、特に検出したアナログ波形
の周波数を詳細に検出するためのものであり、図1に示
す第1実施形態の信号処理装置から、第3演算手段20
を取り除いたものと同様に構成される。従って、その作
用も上で説明した第1実施形態における周波数検出の演
算と同様である。
The present embodiment is for detecting in detail the frequency of the detected analog waveform in detail. The signal processing device of the first embodiment shown in FIG.
The configuration is the same as that from which. Therefore, the operation is the same as that of the frequency detection calculation in the first embodiment described above.

【0046】次に、幅振検出に適用された本発明の第3
実施形態について説明する。
Next, the third embodiment of the present invention applied to width fluctuation detection.
An embodiment will be described.

【0047】第3実施形態に係る信号処理装置の概略構
成を、図11に示す。第3実施形態は、特に検出したア
ナログ波形の振幅強度を詳細に検出するためのものであ
り、図1に示す第1実施形態の信号処理装置から第2演
算手段18を取り除いたものと同様に構成される。従っ
て、その作用も、上で説明した第1実施形態における波
形振幅の演算と同様である。
FIG. 11 shows a schematic configuration of a signal processing device according to the third embodiment. The third embodiment is for detecting the amplitude intensity of the detected analog waveform in detail, and is similar to the signal processing device of the first embodiment shown in FIG. 1 in which the second arithmetic unit 18 is removed. Be composed. Therefore, the operation is the same as that of the above-described calculation of the waveform amplitude in the first embodiment.

【0048】上記第2及び第3実施形態は、第1実施形
態をそれぞれ周波数の検出及び振幅の検出に特殊化した
ものであり、第1実施形態の簡略化である。従って、よ
り少ない装置構成で周波数あるいは振幅を高精度に検出
することができる。
The second and third embodiments are specializations of the first embodiment for frequency detection and amplitude detection, respectively, and are simplifications of the first embodiment. Therefore, the frequency or amplitude can be detected with high accuracy with a smaller number of device configurations.

【0049】又、y(n)を実数部、x(n)を虚数部
とした複素信号としても、装置を構成できることは勿論
である。
Also, it is a matter of course that the device can be constituted by using a complex signal in which y (n) is a real part and x (n) is an imaginary part.

【0050】これらの実施形態において、サンプリング
装置12から表示装置22の構成要素はそれぞれ単独の
機器として構成してもよいが、それぞれをマイクロプロ
セッサ上の素子としてモデル化してもよい。あるいは、
第1、第2及び第3演算装置をプログラム化して、同一
あるいは適切なソフトウェアで演算して出力するように
してもよい。
In these embodiments, the components from the sampling device 12 to the display device 22 may be configured as individual devices, but may be modeled as elements on a microprocessor. Or,
The first, second, and third arithmetic units may be programmed, operated by the same or appropriate software, and output.

【0051】又、生産現場においては観測の目的とする
正弦波の周波数以外の成分のノイズが混入することが予
想されるが、このような場合には、サンプリング装置1
2の手前に不要な周波数帯域を阻止する帯域通過フィル
タを装入するか、又第1演算装置16の手前で不要な帯
域成分を除去するような公知のディジタルフィルタ処理
を施すようにしてもよい。
In a production site, it is expected that noise of a component other than the frequency of the sine wave to be observed is mixed.
A band-pass filter for blocking unnecessary frequency bands may be provided before the second processing unit, or a known digital filter processing for removing unnecessary band components may be performed before the first arithmetic unit 16. .

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
計測データの周波数及び振幅を高精度に算出できるよう
にしたため、従来の離散フーリエ変換による周波数回帰
により詳細に測定対象の択一周波数成分をモニタリング
できるようになり、又、その択一周波数成分が周波数サ
ンプル点を外れたときに、その成分を誤測定することが
なくなった。又、周波数ズーミング法に必要なキャリア
信号発生器や乗算器、ハーフバンドフィルタの繰り返し
演算といった繁雑な処理が不要なため、簡単な装置構成
及びアルゴリズムで計測データの周波数及び振幅を算出
できるようになると共に、ズーミング倍率に比例して演
算データ量が増大し、演算時間を要するようになった
り、データの更新時間が増大することもないという効果
を有する。
As described above, according to the present invention,
Since the frequency and amplitude of the measurement data can be calculated with high accuracy, the alternative frequency component of the measurement target can be monitored in detail by frequency regression using the conventional discrete Fourier transform. When the sample point deviates, the component is not erroneously measured. Further, since complicated processing such as a carrier signal generator, a multiplier, and a repetitive calculation of a half-band filter required for the frequency zooming method is not required, the frequency and amplitude of the measurement data can be calculated with a simple device configuration and algorithm. At the same time, there is an effect that the amount of operation data increases in proportion to the zooming magnification, so that operation time is not required and data update time does not increase.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る信号処理装置の概
略構成を示すブロック線図
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態においてサンプリング装置が生成
する時系列データを示す線図
FIG. 2 is a diagram showing time-series data generated by a sampling device in the first embodiment.

【図3】図2の時系列データに対し第1演算装置が出力
するヒルベルト変換対を示す線図
FIG. 3 is a diagram showing a Hilbert transform pair output by a first arithmetic unit with respect to the time-series data of FIG. 2;

【図4】第1実施形態において複素信号z(n)の偏角
θを示す線図
FIG. 4 is a diagram showing the argument θ of the complex signal z (n) in the first embodiment.

【図5】同じく複素信号z(n)の振幅Z(n)を示す
線図
FIG. 5 is a diagram showing an amplitude Z (n) of a complex signal z (n).

【図6】第1実施形態において回転機械軸受けの振動波
形の解析実験によって検出した振動の時間波形を示す線
FIG. 6 is a diagram showing a time waveform of vibration detected by an analysis experiment of a vibration waveform of the rotating machine bearing in the first embodiment.

【図7】同じく第1実施形態において回転機械軸受けの
振動波形の解析実験において検出した振動の時間波形を
示す線図
FIG. 7 is a diagram showing a time waveform of the vibration detected in the analysis experiment of the vibration waveform of the rotary machine bearing in the first embodiment.

【図8】同じく第1実施形態において回転機械軸受けの
振動波形の解析実験において検出した振動の時間波形を
示す線図
FIG. 8 is a diagram showing a time waveform of the vibration detected in the analysis experiment of the vibration waveform of the rotary mechanical bearing in the first embodiment.

【図9】第1実施形態における回転機械軸受けの振動波
形の解析実験における測定条件と解析結果を示す図表
FIG. 9 is a table showing measurement conditions and analysis results in an analysis experiment of a vibration waveform of the rotary machine bearing according to the first embodiment.

【図10】本発明の第2実施形態に係る信号処理装置の
概略構成を示すブロック線図
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3実施形態に係る信号処理装置の
概略構成を示すブロック線図
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致している場合の時間波形を示す線図
FIG. 12 is a diagram showing a time waveform when a frequency of a signal matches a frequency sampling point in a conventional method.

【図13】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致している場合の離散周波数スペクトルを示
す線図
FIG. 13 is a diagram showing a discrete frequency spectrum when the frequency of a signal matches a frequency sampling point in the conventional method.

【図14】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致しない場合の時間波形を示す線図
FIG. 14 is a diagram showing a time waveform when the frequency of a signal does not match a frequency sampling point in the conventional method.

【図15】従来方法において信号の周波数が周波数サン
プル点に一致しない場合の離散周波数スペクトルを示す
線図
FIG. 15 is a diagram showing a discrete frequency spectrum when the frequency of a signal does not coincide with a frequency sampling point in the conventional method.

【符号の説明】 10…センサ 12…サンプリング装置 14…メモリ 16…第1演算装置 18…第2演算装置 20…第3演算装置 22…表示装置[Description of Signs] 10 ... Sensor 12 ... Sampling device 14 ... Memory 16 ... First computing device 18 ... Second computing device 20 ... Third computing device 22 ... Display device

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】信号波形を一定時間間隔でサンプリング
し、 前記サンプリングにより得られた信号系列を実数部と
し、その信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複
素信号の系列、又は、前記サンプリングにより得られた
信号系列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換
対を実数部とする複素信号の系列を算出し、 所定のデータ長における、前記複素信号の偏角の系列の
傾きに基づいて前記信号波形の周波数を算出し、 他の所定のデータ長における、前記複素信号の系列の振
幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出することによ
り、 前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少なくとも一方
を算出することを特徴とする信号波形の処理方法。
1. A signal waveform is sampled at fixed time intervals, a signal sequence obtained by the sampling is used as a real part, and a Hilbert transform pair of the signal sequence is used as an imaginary part. The obtained signal sequence is used as an imaginary part, and a Hilbert transform pair of the signal sequence is used to calculate a complex signal sequence having a real part.Based on a gradient of the argument of the complex signal at a predetermined data length, By calculating the frequency of the signal waveform, and calculating the amplitude of the signal waveform based on the amplitude of the sequence of the complex signal at another predetermined data length, at least one of the frequency and the amplitude of the signal waveform A signal waveform processing method characterized by calculating.
【請求項2】信号波形を一定時間間隔でサンプリングす
る手段と、 前記サンプリングにより得られた信号系列を実数部と
し、その信号系列のヒルベルト変換対を虚数部とする複
素信号の系列、又は、前記サンプリングにより得られた
信号系列を虚数部とし、その信号系列のヒルベルト変換
対を実数部とする複素信号の系列を算出する手段と、 所定のデータ長における、前記複素信号の偏角の系列の
傾きに基づいて前記信号波形の周波数を算出する手段
と、 他の所定のデータ長における、前記複素信号の系列の振
幅に基づいて前記信号波形の振幅を算出する手段とを備
え、 前記信号波形の周波数又は振幅のうち、少なくとも一方
を算出することを特徴とする信号波形の処理装置。
2. A means for sampling a signal waveform at fixed time intervals, a sequence of complex signals having a signal sequence obtained by the sampling as a real part and a Hilbert transform pair of the signal sequence as an imaginary part, or Means for calculating a complex signal sequence in which a signal sequence obtained by sampling is an imaginary part and a Hilbert transform pair of the signal sequence is a real part; and a gradient of a sequence of the argument of the complex signal at a predetermined data length. Means for calculating the frequency of the signal waveform on the basis of, and means for calculating the amplitude of the signal waveform based on the amplitude of the sequence of the complex signal at another predetermined data length, the frequency of the signal waveform Alternatively, at least one of the amplitudes is calculated.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004239911A (en) * 2003-02-07 2004-08-26 Bentley Nevada Llc System, device, and method for determining operating speed of machine from vibration of machine
CN104535836A (en) * 2014-12-29 2015-04-22 广东电网有限责任公司电力科学研究院 Electric signal fundamental frequency measuring method and system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004239911A (en) * 2003-02-07 2004-08-26 Bentley Nevada Llc System, device, and method for determining operating speed of machine from vibration of machine
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