分析装置的制作方法

1.本发明涉及用于分析声音或振动的波形数据的分析装置。


背景技术：

2.在专利文献1中记载有用于判定有无异常声音的装置。在专利文献1记载的装置中，通过对声音的波形数据进行时频分析来取得强度时间序列。此外，根据表示强度特征的轨迹判定检测到的声音是否是异常声音。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2016/125256号


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.在专利文献1记载的装置中，通过对声音的波形数据进行时频分析来取得强度时间序列。在专利文献1记载的装置中，容易受到干扰的影响，有时不能得到充分的分析精度。这样的问题在分析振动的波形数据的情况下同样也可能发生。
8.本发明正是为了解决上述课题而完成的。本发明的目的在于，提供一种能够提高波形数据的分析精度的分析装置。
9.用于解决问题的手段
10.本发明的分析装置具有：传感器，其检测声音或振动；第1分析单元，其通过对传感器检测到的声音或振动的波形数据进行时频分析来取得谱图；第2分析单元，其将由第1分析单元取得的谱图分割成多个频带，对多个频带分别取得频带强度时间序列；第3分析单元，其对由第2分析单元取得的频带强度时间序列分别进行时频分析，取得与频带强度时间序列分别对应的强度谱图；以及统合单元，其通过统合由第3分析单元取得的多个强度谱图来取得统合谱图。统合单元从由第3分析单元取得的多个强度谱图中分别提取频率和时间相同的分量的值，根据提取出的值来决定统合谱图的对应分量的值。
11.发明效果
12.在本发明的分析装置中，第2分析单元将由第1分析单元取得的谱图分割成多个频带，对多个频带分别取得频带强度时间序列。第3分析单元取得与频带强度时间序列分别对应的强度谱图。统合单元通过统合由第3分析单元取得的多个强度谱图来取得统合谱图。根据本发明的分析装置，能够提高波形数据的分析精度。
附图说明
13.图1是表示实施方式1中的分析装置的例子的图。
14.图2是表示实施方式1中的分析装置的动作例的流程图。
15.图3是表示将图1所示的分析装置应用于电梯装置的例子的图。
16.图4是表示二维地显示统合谱图的例子的图。
17.图5是表示分析装置的硬件资源的例子的图。
18.图6是表示分析装置的硬件资源的其他例子的图。
具体实施方式
19.参照附图说明本发明。适当简化或省略重复的说明。在各图中，相同的标号表示相同的部分或相当的部分。
20.实施方式1
21.图1是表示实施方式1中的分析装置1的例子的图。图1所示的分析装置1适合分析具有周期性的声音或振动的波形数据。因此，为了分析旋转体发出的声音或振动的波形数据，优选使用分析装置1。分析装置1例如具备传感器2、信号处理部3、分析部4、分析部5、分析部6、统合部7、显示控制部8以及显示器11。
22.下面，还参照图2～图4对分析装置1的功能进行详细说明。图2是表示实施方式1中的分析装置1的动作例的流程图。
23.传感器2检测声音或振动(s101)。图3是表示将图1所示的分析装置1应用于电梯装置的例子的图。图3表示传感器2设置于电梯的轿厢12的上方的例子。电梯的轿厢12在井道19中上下移动。在井道19设置有导轨13、14。轿厢12配置在导轨13、14之间。
24.轿厢12具备导辊15～18。导辊15配置在导辊16的上方。当轿厢12移动时，导辊15一边与导轨13接触一边旋转。同样，导辊16一边与导轨13接触一边旋转。导辊17配置在导辊18的上方。当轿厢12移动时，导辊17一边与导轨14接触一边旋转。同样，导辊18一边与导轨14接触一边旋转。轿厢12的移动由导轨13、14和导辊15～18引导。
25.传感器2设置在导辊15、17之间。在传感器2是检测声音的传感器的情况下，由传感器2检测导辊15、17发出的声音。在传感器2是检测振动的传感器的情况下，由传感器2检测导辊15、17发出的振动。
26.传感器2也可以设置在轿厢12的下方。例如，传感器2设置在导辊16、18之间。在传感器2是检测声音的传感器的情况下，由传感器2检测导辊16、18发出的声音。在传感器2是检测振动的传感器的情况下，由传感器2检测导辊16、18发出的振动。传感器2也可以设置在轿厢12的上方和轿厢12的下方双方。以下，对传感器2检测声音的例子进行说明。表示传感器2检测到的声音的信号被输入到信号处理部3。
27.信号处理部3取得传感器2检测到的声音的波形数据wave[t](s102)。例如，信号处理部3以采样频率fs和字长ws对表示传感器2检测到的声音的波形进行采样而转换成数字信号。由此，信号处理部3取得包含数字信号的波形数据wave[t]。
[0028]
wave[t](t＝0，1，2，
…
)
[0029]
t是波形采样的索引。wave[t]表示波形的振幅。作为一例，采样频率fs为48khz。字长ws为24比特。
[0030]
分析部4通过对信号处理部3取得的波形数据wave[t]进行时频分析来取得谱图x[i，j](s103)。例如，分析部4从信号处理部3取得的波形数据wave[t]中以特定的时间间隔提取特定长度的帧。分析部4对提取出的帧乘以时间窗，进行基于快速傅立叶变换运算的频率分析，由此计算功率谱密度。因此，分析部4取得谱图x[i，j]。以下，将快速傅立叶变换称
作fft。
[0031]
x[i，j](i＝0，1，2，
…
，t；j＝0，1，2，
…
，nfft/2)
[0032]
i是帧的索引。j是fft中的频率的索引。nfft是fft的大小即分数。x[i，j]表示索引i、j处的时频分量的强度。
[0033]
如下式所示计算与帧的索引i对应的时间窗的开始时刻time[i]。
[0034]
time[i]＝(ns/fs)
×
i(i＝0，1，2，
…
，t)
[0035]
ns是帧间隔即波形的采样数。
[0036]
如下式所示计算与频率的索引j对应的fft的频率freq[j]。
[0037]
freq[j]＝(fs/nfft)
×
j(j＝0，1，2，
…
，nfft/2)
[0038]
作为一例，帧长nw为480点，通过时间换算为10ms。帧间隔ns为48点，通过时间换算为1ms。fft的大小nfft为512点。此外，可使用汉明窗作为时间窗。
[0039]
分析部5将分析部4取得的谱图x[i，j]分割成多个频带，对该多个频带分别取得频带强度时间序列y[n，i]。以下，说明将分析部4取得的谱图x[i，j]分割成n个频带的例子。n个频带被预先设定成，作为整体覆盖在谱图上特定的异常声音的分量较强地出现的频域。作为一例，分析部4取得的谱图x[i，j]从中心频率250hz到中心频率8000hz被分割成16个(n＝16)1/3倍频程宽的频带。
[0040]
例如，分析部5设定n＝1(s104)。分析部5从分析部4取得的谱图x[i，j]取得频带n的频带强度时间序列y[n，i](s105)。每次在s108中对n加1时进行s105的处理，直到n＝n为止。
[0041]
如下述(1)～(3)所示，计算n个频带中的第n个频带n的频带强度时间序列y[n，i]。
[0042]
(1)首先，求出频带n的下限频率fl[n]和上限频率fh[n]。
[0043]
fl[n]＝f0×2(n－1－bw/2)
(n＝1，2，
…
，n)
[0044]
fh[n]＝f0×2(n－1 bw/2)
(n＝1，2，
…
，n)
[0045]
n是频带数。f0是第1个频带1的中心频率。bw是频带宽度(频程单位)。作为一例，频带1的中心频率f0为250hz。频带宽度bw为1/3。
[0046]
(2)接着，如下式所示求出落入频带n的下限频率fl[n]与上限频率fh[n]的范围内的谱图的频率索引的集合{j'}。
[0047]
{j'}＝{j'|fl[n]≤freq[j']<fh[n]}
[0048]
(3)最后，按照谱图的每个时间索引i求出与谱图的频率索引的集合{j'}有关的平均。由此，分析部5取得频带n的频带强度时间序列y[n，i]。
[0049]
y[n，i]＝mean_{j'}x[i，j]
[0050]
i是谱图的时间方向的索引。mean_{j'}表示求出关于j'的平均值的计算。在上述具体例子中，y[n，i]中的索引i每增加1对应于时间前进1ms。因此，在设n为固定值的情况下，y[n，i]可视为采样频率1000hz的时间序列信号。
[0051]
分析部6对分析部5取得的多个频带强度时间序列y[n，i]分别视为以i为时刻的时间序列信号进行时频分析，由此，取得强度谱图z[n，k，l](s106)。每次在s108中对n加1时进行s106的处理，直到n＝n为止。在s106中，根据频带1的频带强度时间序列y[1，i]计算强度谱图z[1，k，l]。从频带2的频带强度时间序列y[2，i]运算强度谱图z[2，k，l]。同样地，根据频带n的频带强度时间序列y[n，i]计算强度谱图z[n，k，l]。
[0052]
例如，分析部6从分析部5取得的频带强度时间序列y[n，i]中以特定的帧间隔ms提取特定帧长mw的帧。分析部6对提取出的帧乘以时间窗，进行基于fft的频率分析，由此计算功率谱密度。由此，分析部6取得强度谱图z[n，k，l]。
[0053]
z[n，k，l](n＝1，2，
…
，n)
[0054]
k是帧的索引。然而，索引k不同于谱图x[i，j]的帧的索引i。l是频率的索引。然而，索引l不同于谱图x[i，j]的频率的索引j。作为一例，帧长mw为500点，通过时间换算为500ms。帧间隔ms为50点，通过时间换算为50ms。
[0055]
当在s107中判定为“否”时，在s108中对n加1，进行s105的处理和s106的处理。当在s106中取得与频带n的频带强度时间序列y[n，i]对应的强度谱图z[n，k，l]时，在s107中判定为“是”。统合部7通过统合分析部6取得的多个强度谱图z[n，k，l]，取得统合谱图u[k，l](s109)。
[0056]
统合部7从分析部6取得的n个强度谱图z[n，k，l]中分别提取频率和时间相同的分量的值。然后，统合部7根据提取出的n个值来决定统合谱图的对应分量的值。统合部7通过对全部分量进行同样的运算来取得统合谱图u[k，l]。
[0057]
例如，统合部7固定强度谱图z[n，k，l]的索引k、l，进行关于n的特定运算。然后，统合部7通过对索引k、l的全部组合进行同样的运算，计算统合谱图u[k，l]。
[0058]
u[k，l]＝f_{n'}z[n'，k，l]
[0059]
f_{n'}表示关于n'的运算。作为关于n'的运算，可使用最大值、平均以及分位数等。
[0060]
例如，统合部7从分析部6取得的n个强度谱图z[n，k，l]中分别提取频率和时间相同的分量的值。然后，统合部7将提取出的n个值中最大的值决定为统合谱图的对应分量的值。在该情况下，关于n'的运算可以如下式所示表示。
[0061]
u[k，l]＝max_{n'}z[n'，k，l]
[0062]
作为另一例子，统合部7从分析部6取得的n个强度谱图z[n，k，l]中分别提取频率和时间相同的分量的值。然后，统合部7使用提取出的n个值中从大起特定数量的值，决定统合谱图的对应分量的值。例如，统合部7从提取出的n个值中选择较大的3个值，计算该选择出的3个值的平均值。统合部7将该计算出的平均值决定为统合谱图的对应分量的值。
[0063]
显示控制部8将统合部7取得的统合谱图u[k，l]显示到显示器11(s110)。图4是表示二维地显示统合谱图的例子的图。图4表示在轿厢12的上方设置传感器2，使轿厢12从楼宇的最下层行进到最上层时得到的统合谱图u[k，l]的例子。图4所示的横轴是帧的索引k，相当于时间。纵轴是频率的索引l。在图4中，用点的大小表示强度u[k，l]。强度u[k，l]也可以用颜色的差异表示。
[0064]
电梯的维护人员能够通过观察显示器11的显示，确认存在与轿厢12的行进速度模式相似的模式。例如，图4表示在轿厢12以额定速度行进时，传感器2检测到信号电平每1/9.2sec达到峰值的声音。如果轿厢12的额定速度为105m/min，导辊15的直径为6cm，则导辊15的旋转频率为9.28hz。因此，从显示器11的显示能够识别的、信号电平以周期1/9.2sec达到峰值的声音从导辊15或17产生的可能性极高。通过使用分析装置1，电梯的维护人员能够容易地确定异常声音的产生源。
[0065]
在本实施方式所示的分析装置1中，谱图x[i，j]被分割成n个频带，对n个频带分别
取得频带强度时间序列y[n，i]。然后，根据与n个频带强度时间序列y[n，i]分别对应的强度谱图z[n，k，l]，取得统合谱图u[k，l]。因此，根据本实施方式所示的分析装置1，能够提高波形数据的分析精度。
[0066]
在本实施方式中，对分析装置1具备显示控制部8和显示器11的例子进行了说明。这只是一个例子。例如，分析装置1也可以仅具有输出统合部7取得的统合谱图u[k，l]的信息的功能。分析装置1也可以具有使用因特网等网络远程发送统合部7取得的统合谱图u[k，l]的信息的功能。
[0067]
作为其他例子，分析装置1也可以还具备运算部9。运算部9运算统合部7取得的统合谱图u[k，l]的强度峰值的频率。如果是图4所示的例子，则运算部9输出“9.2hz”作为统合谱图u[k，l]的强度峰值的频率的运算结果。图4表示显示控制部8将运算部9运算出的结果显示到显示器11的例子。
[0068]
作为其他例子，分析装置1也可以还具备判定部10。判定部10根据运算部9运算出的频率来判定有无异常。例如，传感器2检测特定的旋转体发出的声音。判定部10根据该旋转体的旋转频率和运算部9运算出的频率，判定旋转体有无异常。如果是图2所示的例子，则传感器2检测导辊15、17发出的声音。轿厢12以额定速度移动时导辊15旋转的频率的信息预先存储于分析装置1。例如，如果运算部9运算出的频率落入基于预先存储的频率的特定范围内，则判定部10检测出导辊15或17发出异常声音。
[0069]
在本实施方式中，对将分析装置1应用于电梯装置的例子进行了说明。这只是一个例子。分析装置1也可以应用于电梯装置以外的装置。如上所述，分析装置1优选用于分析旋转体发出的声音或振动的波形数据。因此，应用分析装置1的装置优选具备旋转体。
[0070]
在本实施方式中，标号3～10表示分析装置1具有的功能。图5是表示分析装置1的硬件资源的例子的图。作为硬件资源，分析装置1具备例如包含处理器21和存储器22的处理电路20。存储器22例如是半导体存储器。存储器22也可以不是半导体存储器。分析装置1通过由处理器21执行存储器22中存储的程序，实现标号3～10所示的各部的功能。
[0071]
图6是表示分析装置1的硬件资源的其他例子的图。在图6所示的例子中，分析装置1具备例如包含处理器21、存储器22以及专用硬件23的处理电路20。图6表示由专用硬件23实现分析装置1具有的功能的一部分的例子。也可以由专用硬件23实现分析装置1具有的全部功能。作为专用硬件23，能够采用单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、asic、fpga或者它们的组合。
[0072]
产业上的可利用性
[0073]
本发明的分析装置适合分析具有周期性的声音或振动的波形数据。
[0074]
标号说明
[0075]
11：分析装置；2：传感器；3：信号处理部；4：分析部；5：分析部；6：分析部；7：统合部；8：显示控制部；9：运算部；10：判定部；11：显示器；12：轿厢；13～14：导轨；15～18：导辊；19：井道；20：处理电路；21：处理器；22：存储器；23：专用硬件。