專利名稱：數(shù)據(jù)變換方法與數(shù)據(jù)變換設(shè)備以及程序存儲(chǔ)媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)從分析等求得的時(shí)間序列信號(hào)中提取特征部分的數(shù)據(jù)變換方法與數(shù)據(jù)變換設(shè)備以及程序存儲(chǔ)媒體。
相對(duì)于振動(dòng)和聲音或是程序數(shù)據(jù)等的時(shí)間序列信號(hào)，當(dāng)應(yīng)用例如復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)進(jìn)行子波變換時(shí)，可以求得時(shí)間-頻率區(qū)域的信息。若相對(duì)于此時(shí)間-頻率區(qū)域的信息計(jì)算強(qiáng)度(絕對(duì)值)，即可分析此時(shí)間序列信號(hào)中所含的種種頻率持征的時(shí)間變化。
為此，存在有按標(biāo)度單位對(duì)子波變換結(jié)果的時(shí)間-頻率函數(shù)信息進(jìn)行微分處理，提取出極值作為特征量用于分析和診斷的技術(shù)(參考文獻(xiàn)1特開(kāi)平7-271763號(hào)公報(bào))。
還存在有從作為目標(biāo)信號(hào)的子波變換結(jié)果的時(shí)間-頻率信息按標(biāo)度單位提取表示信號(hào)周期性的特征量，用于分析和診斷的技術(shù)(參考文獻(xiàn)2特開(kāi)平8-83265號(hào)公報(bào))。
還存在有從作為目標(biāo)信號(hào)的子波變換結(jié)果，按標(biāo)度單位計(jì)算平均值和方差的統(tǒng)計(jì)量，把它們作為特征量提取出用于診斷的技術(shù)(參考文獻(xiàn)3特開(kāi)平8-219955號(hào)公報(bào))。
還存在有將作為目標(biāo)信號(hào)的子波變換結(jié)果與預(yù)定的閾值按標(biāo)度單位進(jìn)行比較，把超過(guò)閾值的值作為特征量提取出用于診斷的技術(shù)(參考文獻(xiàn)4特開(kāi)平8-177530號(hào)公報(bào))。
此外還有，在作為目標(biāo)信號(hào)的子波變換結(jié)果中，按標(biāo)度單位計(jì)算方差，把求得的方差分布的峰值作為特征量提取出用于分析的技術(shù)(參考文獻(xiàn)5特開(kāi)平8-329046號(hào)公報(bào))。
但是現(xiàn)有的從表示為子波變換結(jié)果的時(shí)間序列信號(hào)提取特征量的方法，是由人眼進(jìn)行觀察來(lái)判斷或是用閾值(參考文獻(xiàn)4)來(lái)檢測(cè)特征量。根據(jù)這樣的方法難以區(qū)分開(kāi)不需要的特征量，有時(shí)便不能順利地提取出所需的特征量。
另一方面，在子波變換結(jié)果中，在把標(biāo)度單位的極值作為特征量時(shí)(文獻(xiàn)1)，有時(shí)就不能提取出所需的特征量。
當(dāng)把從子波變換結(jié)果求得的特征量局限于周期性情形時(shí)(文獻(xiàn)2)，則不能提取其他有用的特征量。
對(duì)于以統(tǒng)計(jì)量為特征量的情形(參考文獻(xiàn)3與5)，它是以一個(gè)特征量來(lái)表示具有時(shí)間擴(kuò)展的整體區(qū)域，因而不能提取出每單位時(shí)間的詳細(xì)特征。
例如根據(jù)

圖10所示的時(shí)間序列信號(hào)提取振動(dòng)分量時(shí)，若用復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)對(duì)此時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換來(lái)計(jì)算其強(qiáng)度，可以求得圖11所示的強(qiáng)度信號(hào)。圖11中以強(qiáng)度越高的部分越明而強(qiáng)度越弱的部分越暗的形式，示明由亮度來(lái)表明信號(hào)分量強(qiáng)度的子波強(qiáng)度信號(hào)。根據(jù)圖11所示的子波強(qiáng)度信號(hào)，能夠用頻率軸(縱軸)和時(shí)間軸(橫軸)這樣兩個(gè)軸來(lái)分析階梯式波形與振動(dòng)波形。
但即令是按上述方式變換信號(hào)(數(shù)據(jù))，由于與原來(lái)的信號(hào)相比信息量多和分辨能力受到限制等，就未必容易進(jìn)行定量的判別。
根據(jù)參考文獻(xiàn)4中的技術(shù)，若按圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)，把超過(guò)預(yù)定閾值的值作為特征量提取出，則可求得圖12所示的提取結(jié)果。但用這種技術(shù)則不易提取振動(dòng)分量。
具體地說(shuō)，參考文獻(xiàn)4所示的設(shè)定閾值的方法，只當(dāng)判別所希望的特征量超過(guò)閾值時(shí)才是有效的。但這樣的情形可能很少出現(xiàn)，由于各種各樣的原因，對(duì)于所希望的特征量不超過(guò)閾值或是其他的特征量超過(guò)了閾值的情形，便難以進(jìn)行判別。此外，還不易設(shè)定閾值本身。如上所述，根據(jù)圖12所示由閾值進(jìn)行提取的結(jié)果，難以滿意地判別原來(lái)的時(shí)間序列信號(hào)的階梯式部分和振動(dòng)分量。
根據(jù)參考文獻(xiàn)2的技術(shù)，在子波變換結(jié)果中，若按標(biāo)度單位檢測(cè)隨時(shí)間變化的峰值(極大值)而峰值周期性地出現(xiàn)時(shí)，即將峰值間的距離作為原始信號(hào)的周期性提取出。采用參考文獻(xiàn)2的技術(shù)，據(jù)圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)可以求得圖13所示的提取結(jié)果。
但在圖13的提取結(jié)果中全然沒(méi)有提取出振動(dòng)分量。這就是說(shuō)，參考文獻(xiàn)2的技術(shù)不能提取出振動(dòng)分量。
根據(jù)參考文獻(xiàn)1的技術(shù)，它是把目標(biāo)信號(hào)的子波變換結(jié)果按標(biāo)度單位進(jìn)行微分處理，提取出標(biāo)度單位的隨時(shí)間變化的極值作為特征量。由于極值中包括極大值和極小值，若按參考文獻(xiàn)1的技術(shù)，則是根據(jù)圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)，除依圖13所示按標(biāo)度單位提取極大值外，還按標(biāo)度單位提取極小值。
由于圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)中按標(biāo)度單位的極小值是存在于圖11中的暗部分即強(qiáng)度弱的部分內(nèi)，作為特征量會(huì)提取出無(wú)意義的內(nèi)容。因而難以提取出振動(dòng)分量。
在參考文獻(xiàn)3和5所示的以統(tǒng)計(jì)量為特征量的情形，是以統(tǒng)計(jì)量之類的代表值來(lái)表示具有一定時(shí)間擴(kuò)展的區(qū)域的特征量，結(jié)果便使這一區(qū)域失去了時(shí)間特征。例如根據(jù)參考文獻(xiàn)5的技術(shù)，在子波變換結(jié)果中是以標(biāo)度單位的方差值為特征量。若采用此參考文獻(xiàn)5的技術(shù)，可由圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)求得圖14所示結(jié)果。依圖14的結(jié)果，雖然可以確定振動(dòng)分量的標(biāo)度即頻率，但由于失去了時(shí)間的信息，就不能求得振動(dòng)分量的發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等信息。
如上所述，依照現(xiàn)有技術(shù)就不能判別階梯式分量和振動(dòng)分量而只能部分地提取振動(dòng)分量的特征量，這雖可以判明振動(dòng)分量的存在，但特別是由于時(shí)間信息的喪失，就不能定量地掌握特征量。
本發(fā)明的提出即是為了解決上述問(wèn)題的，其目的在于能夠以更高的精度定量地掌握，通過(guò)對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行子波變換而求得的在此時(shí)間序列信號(hào)中所含各種頻率特征隨時(shí)間的變化。
本發(fā)明是用來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的，按照本發(fā)明的第一方法，首先根據(jù)子波函數(shù)對(duì)時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換為示明時(shí)間與頻率關(guān)系的第一分布，將此第一分布再變換為示明此時(shí)間、頻率與頻率強(qiáng)度間關(guān)系的第二分布，而在第二分布中即檢測(cè)單位時(shí)間的頻率強(qiáng)度分布的峰值。
依以上所述，由于在第二分布中能按時(shí)間間隔檢測(cè)頻率強(qiáng)度分布的峰值，便可隨著時(shí)間的進(jìn)展從第二分布中提取強(qiáng)度較較高的特征頻率分量。
本發(fā)明的第一設(shè)備包括輸入時(shí)間序列信號(hào)的輸入裝置；根據(jù)設(shè)定的子波函數(shù)對(duì)上述輸入裝置輸入的時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換成示明時(shí)間與頻率關(guān)系的第一分布的子波變換部分；將此第一分布變換為示明此時(shí)間、頻率與頻率強(qiáng)度關(guān)系的第二分布的強(qiáng)度計(jì)算部分；在此第二分布中檢測(cè)出單位時(shí)間的頻率強(qiáng)度分布峰值的峰值檢測(cè)部分。
由于此峰值檢測(cè)部分可檢測(cè)第二分布中各時(shí)間間隔的頻率強(qiáng)度分布的峰值，故可隨著時(shí)間的進(jìn)展從第二分布中提取強(qiáng)度較高的特征頻率分布。
此外，本發(fā)明的第一程序存儲(chǔ)媒體存儲(chǔ)的程序包括根據(jù)子波函數(shù)對(duì)時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換為示明時(shí)間與頻率關(guān)系的第一分布的第一步驟；將此第一分布變換為示明此時(shí)間、頻率及頻率強(qiáng)度關(guān)系的第二分布的第二步驟；于此第二分布中檢測(cè)出各時(shí)間間隔的頻率強(qiáng)度分布峰值的第三步驟。
在此第三步驟，由于能檢測(cè)第二分布中各時(shí)間間隔的頻率強(qiáng)度分布，因而能隨著時(shí)間的進(jìn)展檢測(cè)此第二分布中強(qiáng)度較高的特征頻率分量。
本發(fā)明依其權(quán)利要求書(shū)所述的內(nèi)容可以取得下述效果。
(1)由于在第二分布中能檢測(cè)各時(shí)間間隔的頻率強(qiáng)度分布的峰值，故可隨著時(shí)間的進(jìn)展提取第二分布中強(qiáng)度較高的特征頻率。結(jié)果就能有效地以更高的精度來(lái)定量地掌握通過(guò)對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行子波變換而求得包含在時(shí)間序列信號(hào)中所含各種頻率特征的時(shí)間變化。
附圖簡(jiǎn)述圖1示明本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)變換設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖2是示明圖1中峰值檢測(cè)部分121的動(dòng)作流程圖。
圖3是示明子波強(qiáng)度信號(hào)和頻率分布峰值信號(hào)的輸出結(jié)果的分布圖。
圖4示明本發(fā)明第二實(shí)施例中數(shù)據(jù)變換設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖5是示明控溫室的溫度檢測(cè)結(jié)果(a)、對(duì)此結(jié)果進(jìn)行子波變換求得的子波強(qiáng)度信號(hào)分布(b)、以及由特征量提取部分120從此子波變換結(jié)果中提取出的結(jié)果(c)的分布圖。
圖6示明本發(fā)明第三實(shí)施例中數(shù)據(jù)變換設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖7是示明旋轉(zhuǎn)裝置正常時(shí)其旋轉(zhuǎn)件的振動(dòng)波形(a)、對(duì)此振動(dòng)波形進(jìn)行子波變換求得的子波強(qiáng)度信號(hào)分布(b)、以及由特征量提取部分120從此子波變換結(jié)果中提取出的結(jié)果(c)的分布圖。
圖8是示明旋轉(zhuǎn)裝置異常時(shí)其旋轉(zhuǎn)件的振動(dòng)波形(a)、對(duì)此振動(dòng)波形進(jìn)行子波變換求得的子波強(qiáng)度信號(hào)分布(b)、以及由特征量提取部分120從此子波變換結(jié)果中提取出的結(jié)果(c)的分布圖。
圖10是示明時(shí)間序列信號(hào)的波形圖。
圖11是示明圖10中時(shí)間序列信號(hào)經(jīng)子波變換所得子波強(qiáng)度信號(hào)的分布圖。
圖12是對(duì)圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行預(yù)定處理所得的分布圖。
圖13是對(duì)圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行預(yù)定處理所得的分布圖。
圖14是對(duì)圖11的子波強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行預(yù)定處理所得的分布圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳形式〔第一實(shí)施例〕首先說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1示明此第一實(shí)施例中數(shù)據(jù)變換設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，此數(shù)據(jù)變換設(shè)備包括信號(hào)變換部分110、根據(jù)此信號(hào)變換部分110輸出的信號(hào)提取特征量的特征量提取部分120、相對(duì)于信號(hào)變換部分110設(shè)定參數(shù)或是相對(duì)于特征量提取部分120設(shè)定閾值等的用戶接口部分130。
先來(lái)詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)變換部分110。信號(hào)變換部分110包括子波函數(shù)生成部分111、子波變換部分112與強(qiáng)度計(jì)算部分113。
子波函數(shù)生成部分111生成用作子波變換基函數(shù)的復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)。復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)的代表有Gabor子波函數(shù)等，但這里的子波函數(shù)ψ(t)則采用下式(1)定義的Gabor子波函數(shù)ψ(t)=e-t2/2(eint-e-Ω2/2),Ω=2π---(1)]]>子波變換部分112應(yīng)用子波函數(shù)生成部分111生成的復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)，對(duì)由圖中未示明的輸入裝置等所輸入的時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換。
具體地說(shuō)，子波變換部分112對(duì)于輸入的時(shí)間序列信號(hào)，根據(jù)與用戶接口部分130設(shè)定的頻率相對(duì)應(yīng)的標(biāo)度參量，應(yīng)用子波函數(shù)生成部分111生成的復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)進(jìn)行子波變換。在此進(jìn)行的是非正交子波變換。
然后，作為子波變換結(jié)果，獲得了以復(fù)數(shù)表示的于時(shí)間-頻率區(qū)域展開(kāi)的子波變換信號(hào)W(a，b)。
此時(shí)的子波變換的定義式及其條件由下式(2)表示W(wǎng)(a,b)=1|a|∫-∞∞f(t)ψ*(t-ba)dt]]>∫-∞∞ψ(t)dt=0---(2)]]>在此實(shí)施例中，設(shè)M為標(biāo)度參數(shù)a的個(gè)數(shù)、N為移位參量b的個(gè)數(shù)(等于時(shí)間序列信號(hào)的點(diǎn)數(shù))，則可如以下所示將子波變換信號(hào)W(a，b)作為大小為M×N的二維排列Wij進(jìn)行計(jì)算Wij＝W(ai，bj)，i＝1、2、…、M，j＝1、2、…、N。
再由強(qiáng)度計(jì)算部分113據(jù)此子波變換結(jié)果的子波變換信號(hào)計(jì)算此強(qiáng)度。具體地說(shuō)，根據(jù)子波變換結(jié)果的子波變換信號(hào)Wij，由Aij＝|Wij|來(lái)計(jì)算子波強(qiáng)度信號(hào)Aij。這里把子波變換信號(hào)的絕對(duì)值用作子波強(qiáng)度信號(hào)。
下面更詳細(xì)地說(shuō)明特征量提取部分120。特征量提取部分120包括峰值檢測(cè)部分121和特征量計(jì)算部分122。
峰值檢測(cè)部分121根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算部分113輸出的子波強(qiáng)度信號(hào)，檢測(cè)各單位時(shí)間頻率分布的極大值(峰值)。
具體地說(shuō)，注意信號(hào)變換部分110輸出的變換結(jié)果即子波強(qiáng)度信號(hào)于各預(yù)定時(shí)刻間隔的頻率分布，同時(shí)檢測(cè)單位時(shí)間間隔(預(yù)定時(shí)間間隔)的頻率強(qiáng)度分布峰值(極大值)。
在此峰值檢測(cè)中，如圖2流程圖所示，首先于步驟S1將標(biāo)度參量a的個(gè)數(shù)設(shè)定到i的最大值M。也就是于由子波變換求得的時(shí)間-頻率信息中設(shè)定頻率軸(標(biāo)度)的分割數(shù)。同樣，將移位參量b的個(gè)數(shù)設(shè)定到j(luò)的最大值N。也就是于由子波變換求得的時(shí)間-頻率信息中設(shè)定時(shí)間軸(移位)的分割數(shù)。同時(shí)將閾值設(shè)定為Th。此閾值由用戶接口部分130設(shè)定，以防檢測(cè)出因計(jì)算誤差等會(huì)產(chǎn)生出可以忽視的微小峰值。
隨后于步驟S2設(shè)j為1，于步驟S3設(shè)i為1。
于步驟S4判斷i是否比1大而比M小。在由子波變換結(jié)果求得的時(shí)間-頻率信息中，當(dāng)于標(biāo)度(頻率)的最小值和最大值處未見(jiàn)強(qiáng)度峰值時(shí)，則于此判斷中除去這種情形。
根據(jù)上述判斷，i為1或M時(shí)即進(jìn)到步驟S5，設(shè)P(i，j)＝0，即相應(yīng)的強(qiáng)度不是峰值。當(dāng)i為1而不是M時(shí)則進(jìn)到步驟S6。
于步驟S6，判斷所述時(shí)刻的所述頻率下的強(qiáng)度A(i，j)是否比設(shè)定的閾值Th大。此外，判斷此強(qiáng)度A(i，j)是否比A(i-1，j)大。進(jìn)而判斷此強(qiáng)度A(i，j)是否比強(qiáng)度A(i+1，j)大。
在以上判斷中，若A(i，j)＞Th且A(i，j)＞A(i-1，j)，同時(shí)A(i，j)＞A(i+1，j)，即可判斷此頻率(i)處的強(qiáng)度A在此時(shí)刻(j)時(shí)表示的是峰值。轉(zhuǎn)換到步驟S7，設(shè)P(i，j)＝1。
相反，要是不滿足A(i，j)＞Th、A(i，j)＞A(i-1，j)和A(i，j)＞A(i+1，j)，即可判斷率(i)處的強(qiáng)度A不表示時(shí)刻(j)的峰值。再轉(zhuǎn)回到步驟S5，設(shè)P(i，j)＝0。
然后于步驟S8給i加1，于步驟S9判斷此i是否比M大。當(dāng)于步驟S9判斷i不大于M時(shí)，則返回到步驟S4～S8。若于步驟S9判斷出i大于M時(shí)即進(jìn)到步驟S10，給j加1，并于步驟S11判斷此j是否比N大。當(dāng)于步驟S11判斷出j不大于N時(shí)，即返回到步驟S3～S10。然后當(dāng)于步驟S11判斷出j比N大時(shí)便結(jié)束處理。
按以上所示，對(duì)于子波強(qiáng)度信號(hào)Aij的在各單位時(shí)間的頻率分布中的每一個(gè)點(diǎn)上，以1表示峰值強(qiáng)度而以0表示非峰值的強(qiáng)度，由此將峰值作為二值檢測(cè)而可求得頻率分布峰值信號(hào)Pij。
根據(jù)此檢測(cè)出的各單位時(shí)間的頻率分布峰值信號(hào)，于特征量計(jì)算部分122計(jì)算頻率、發(fā)生時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。
用戶接口部分130包括參量設(shè)定部分131、閾值設(shè)定部分132和顯示部分133。其中的參量設(shè)定部分131，如前所述，為子波變換部分112設(shè)定與頻率相對(duì)應(yīng)的標(biāo)度參量。此外，閾值設(shè)定部分132設(shè)定了峰值檢測(cè)部分121所用的閾值，以防檢測(cè)出由于計(jì)算誤差等原因而產(chǎn)生出會(huì)被忽視的小峰值。
顯示部分133顯示信號(hào)變換部分110輸出的子波強(qiáng)度信號(hào)以及由特征量提取部分120求出的頻率分布峰值信號(hào)等。
圖3是示明此顯示部分133上所顯示的子波強(qiáng)度信號(hào)與頻率分布峰值信號(hào)的輸出結(jié)果的分布圖。圖3(a)示明由子波變換結(jié)果求得的子波強(qiáng)度信號(hào)，圖3(b)示明頻率分布峰值信號(hào)。在這兩個(gè)分布圖中，橫軸表示時(shí)間，縱軸(標(biāo)度)表示頻率。
以上結(jié)果是由本發(fā)明上述第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)變換設(shè)備根據(jù)圖10的時(shí)間序列信號(hào)所求得的。從圖3(b)可知，只從圖10的時(shí)間序列信號(hào)提取出特征振動(dòng)分量。
〔第二實(shí)施例〕下面說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例。在此第二實(shí)施例中，如圖4所示，它是把上述數(shù)據(jù)變換設(shè)備用于空調(diào)機(jī)的異常控制檢測(cè)的情形。
如圖4所示，此第二實(shí)施例新設(shè)有波動(dòng)判定部分401和檢測(cè)參量設(shè)定部分402。
具體地說(shuō)，第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)變換設(shè)備包括信號(hào)變換部分110；據(jù)此信號(hào)變換部分110輸出的信號(hào)提取特征的特征量提取部分120；對(duì)信號(hào)變換部分110的參量同時(shí)對(duì)特征量提取部分120的閾值進(jìn)行設(shè)定的用戶接口部分130，此外尚有波動(dòng)判定部分401和控制參量設(shè)定部分402。
信號(hào)變換部分110則包括子波函數(shù)生成部分111、子波函數(shù)變換部分112、強(qiáng)度計(jì)算部分113。特征量提取部分120包括有峰值檢測(cè)部分121和特征量計(jì)算部分122，而用戶接口部分130則由參量設(shè)定部分131、閾值設(shè)定部分132和顯示部分133構(gòu)成。
但是設(shè)置于建筑物等中的空調(diào)機(jī)，在設(shè)置時(shí)所設(shè)定的控制參量由于空調(diào)機(jī)的性能會(huì)因時(shí)效等問(wèn)題而成為不適當(dāng)?shù)臄?shù)值。結(jié)果會(huì)導(dǎo)致空調(diào)機(jī)的控制不穩(wěn)定，使進(jìn)行溫控的房間內(nèi)的溫度在短的周期內(nèi)發(fā)生變化如波動(dòng)等不合適的情形。
上述波動(dòng)反映出空調(diào)機(jī)的工作狀態(tài)，波動(dòng)的發(fā)生會(huì)在空調(diào)時(shí)浪費(fèi)能量或使用戶不適。
由于這種波動(dòng)是作為較短時(shí)間間隔的振動(dòng)分量出現(xiàn)，若按從前那種由人監(jiān)控空調(diào)狀態(tài)的方法，就有可能忽略這種情形。此外，當(dāng)設(shè)有多臺(tái)空調(diào)機(jī)時(shí)，便不可能對(duì)其全部分進(jìn)行監(jiān)控。
圖5示明進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的室內(nèi)的溫度檢測(cè)結(jié)果(a)、對(duì)此結(jié)果進(jìn)行子波變換而求得的子波強(qiáng)度分布(b)、由特征量提取部分120從此子波變換結(jié)果中提取出的結(jié)果(c)。在圖5(b)與5(c)中，橫軸表示時(shí)間，縱軸(標(biāo)度)表示頻率。
如圖5(a)所示，在某個(gè)時(shí)間區(qū)中發(fā)生有上述的波動(dòng)。這在溫度檢測(cè)結(jié)果中是作為振動(dòng)分量出現(xiàn)的。因此，如圖5(c)所示，按前述第一實(shí)施例中相同方式，只能提取振動(dòng)分量。
下面說(shuō)明第二實(shí)施例中數(shù)據(jù)變換設(shè)備的工作，波動(dòng)判定部分401據(jù)此提取出的特征量，以其頻率、發(fā)生時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間和振幅等為基礎(chǔ)，判定由此特征量表明的波動(dòng)狀態(tài)?？刂茀?shù)設(shè)定部分402根據(jù)上述判定結(jié)果計(jì)算出適合空調(diào)機(jī)中各裝置和空調(diào)對(duì)象環(huán)境的空調(diào)機(jī)最優(yōu)化控制值，將這種值設(shè)定于空調(diào)機(jī)內(nèi)。
如上所述，第二實(shí)施例可以自動(dòng)地檢測(cè)出僅僅是作為空調(diào)數(shù)據(jù)波動(dòng)出現(xiàn)的振動(dòng)分量，因此它不會(huì)忽略這種狀態(tài)，即使是在多臺(tái)空調(diào)機(jī)的情形也能檢測(cè)波動(dòng)而解決空調(diào)機(jī)中發(fā)生波動(dòng)的問(wèn)題。
〔第三實(shí)施例〕現(xiàn)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例。此第三實(shí)施例如圖6所示，說(shuō)明將前述數(shù)據(jù)變換設(shè)備用于旋轉(zhuǎn)裝置異常診斷的情形。
如圖6所示，第三實(shí)施例中另設(shè)有正常信號(hào)保持部分601、異常判定部分602與警報(bào)輸出部分603。
具體地說(shuō)，第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)變換設(shè)備包括信號(hào)變換部分110、從此信號(hào)變換部分110輸出的信號(hào)中提取特征的特征量提取部分120、對(duì)信號(hào)變換部分110設(shè)定參數(shù)和對(duì)特征量提取部分120設(shè)定閾值的用戶接口部分130，此外還設(shè)有正常信號(hào)保持部分601、異常判定部分602和警報(bào)輸出部分603。
信號(hào)變換部分110則包括子波函數(shù)生成部分111、子波變換部分112和強(qiáng)度計(jì)算部分113；特征量提取部分120包括有峰值檢測(cè)部分121和特征量計(jì)算部分122；而用戶接口部分130乃是由參量設(shè)定部分131和閾值設(shè)定部分132以及顯示部分133構(gòu)成。
但在構(gòu)成旋轉(zhuǎn)裝置的軸承等旋轉(zhuǎn)件中，會(huì)因混入雜質(zhì)和磨損損耗而損傷。若是放任這樣的部分件照常工作，就會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)中造成故障而產(chǎn)生重大損害。因此必須早期發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，作出修正。
圖7示明了旋轉(zhuǎn)裝置正常時(shí)旋轉(zhuǎn)件的振動(dòng)波形(a)和子波強(qiáng)度信號(hào)(b)以及應(yīng)用特征量提取部分120從子波變換結(jié)果中提取的結(jié)果(c)。在這種情形中，例如檢測(cè)出軸承部分發(fā)生的聲音。圖8中示明了旋轉(zhuǎn)裝置有異常等時(shí)旋轉(zhuǎn)件的振動(dòng)波形(a)和子波強(qiáng)度信號(hào)(b)以及由特征量提取部分120從子波變換結(jié)果中提取出的結(jié)果(c)。
例如當(dāng)有雜質(zhì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)裝置的軸承部分中因?qū)е聯(lián)p傷等而產(chǎn)生異常的振動(dòng)時(shí)，會(huì)斷續(xù)地出現(xiàn)高頻分量。這種情形可以由目視比較圖7(a)和圖8(a)而能大致加以區(qū)分。
但要是作為此種斷續(xù)的高頻分量出現(xiàn)的這類損傷很小時(shí)，旋轉(zhuǎn)裝置便不會(huì)完全失效/停動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)裝置未失效的情形下，這類間歇式的高頻分量是很小的，為了將其自動(dòng)地檢測(cè)出，單純地根據(jù)子波強(qiáng)度信號(hào)將其判別時(shí)，由于噪聲等影響幾乎是不可能的。即使是比較圖7(b)與圖8(b)，也無(wú)法自動(dòng)地提取斷續(xù)的高頻分量。
據(jù)上面所述，如圖7(c)與圖8(c)所示，若是提取頻率分布峰值信號(hào)，則可明確地檢測(cè)異常時(shí)的高頻分量及其發(fā)生間隔。也就是能如圖8(c)所示，會(huì)斷續(xù)地出現(xiàn)高頻分量，因而能提取出特征量。
首先將由特征量提取部分120獲得的正常時(shí)的特征量預(yù)先存儲(chǔ)于正常信號(hào)保持部分601。異常判定部分602能對(duì)異常性發(fā)生時(shí)求得的特征量與正常時(shí)的特征量相比較，對(duì)異常作出判定。
在判定為異常時(shí)，能將此異常判定結(jié)果通過(guò)警報(bào)輸出部分603輸出警報(bào)而得以在出現(xiàn)故障前進(jìn)行修復(fù)。如上所述，例如在軸承中因損傷而出現(xiàn)故障是很小的異常時(shí)，就能在這種異常發(fā)展成大的故障或停機(jī)之前可靠地檢測(cè)出。
在以上的描述中，涉及到配備有信號(hào)變換部分110和特征量提取部分120的情形，而這兩者的操作可由CPU執(zhí)行。
具體如圖9所示，首先將檢測(cè)部分901求得的時(shí)間序列信號(hào)經(jīng)A/D變換部分902變換為數(shù)字信號(hào)。然后將此已變換的信號(hào)由CPU903進(jìn)行子波變換，作為于時(shí)間-頻率區(qū)域中展開(kāi)的子波信號(hào)計(jì)算其強(qiáng)度，根據(jù)輸出的子波強(qiáng)度信號(hào)，檢測(cè)各單位時(shí)間的頻率分布極大值(峰值)。
CPU903依據(jù)與總線903a連接的主存儲(chǔ)器904中展開(kāi)的程序，進(jìn)行上述的一系列作業(yè)。于主存儲(chǔ)器中展開(kāi)的程序則存儲(chǔ)于外存儲(chǔ)裝置905中。子波變換用的子波函數(shù)例如也可預(yù)先存儲(chǔ)于外存儲(chǔ)裝置905中。此外，參量的設(shè)定和閾值的設(shè)定也可采用由鍵盤906輸入的方式。最后，將求得的頻率分布峰值信號(hào)等顯示于監(jiān)控器907上。
在上述實(shí)施例中是用式(2)所示的復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)(Gabor子波函數(shù))進(jìn)行子波變換，但本發(fā)明并不受此限制。
一般，子波變換可大致分為正交的子波變換和非正交的子波變換。上述實(shí)施例中所用的子波變換為非正交的而且是復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)。
非正交子波變換可以采用前述的復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)進(jìn)行，也可以采用后述的實(shí)數(shù)形式的子波函數(shù)進(jìn)行。
設(shè)于非正交子波變換中采用前述的Gabor函數(shù)等的復(fù)數(shù)形式的復(fù)數(shù)形式的子波函數(shù)，由于可以通過(guò)計(jì)算此子波變換結(jié)果的絕對(duì)值求得強(qiáng)度，就能據(jù)此強(qiáng)度直接檢測(cè)出峰值。
要是將實(shí)數(shù)形式的子波函數(shù)如墨西哥帽函數(shù)、法蘭西帽函數(shù)或Shannon函數(shù)用于非正交子波變換，則即使是計(jì)算子波變換結(jié)果的絕對(duì)值也不能求得強(qiáng)度。但若采用低通濾波器等對(duì)計(jì)算得的絕對(duì)值進(jìn)行包絡(luò)處理，則可獲得與強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的信息而能檢測(cè)峰值。
另一方面，在正交子波變換中只能采用實(shí)數(shù)形式的子波函數(shù)。這種子波函數(shù)例如有Daubecies函數(shù)、Harr函數(shù)、Meyer函數(shù)、Symlet函數(shù)、Spline函數(shù)和Coiflet函數(shù)，等等。
在這種正交子波變換中，要是對(duì)計(jì)算出的絕對(duì)值進(jìn)行包絡(luò)處理，則可求得與所述強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的信息，因而能進(jìn)行峰值檢測(cè)，這與采用實(shí)數(shù)形式子波變換的非正交子波變換的情形相同。
但在正交子波變換中當(dāng)頻率變低時(shí)，則變換成的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)會(huì)減少或各頻率(標(biāo)度)在時(shí)間上不一致。為此有時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)或調(diào)時(shí)。但即令是在正交子波變換中也存在有不使數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)減少的計(jì)算方法，而由這種方法則可獲得與采用實(shí)數(shù)形式子波函數(shù)的非正交子波變換相同的結(jié)果。
在以上的說(shuō)明書(shū)中提取的是特征的高頻分量，但本發(fā)明并不局限于此，而也可提取隱蔽于高頻噪聲中的低頻分量。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)變換方法，其特征在它包括有下述步驟根據(jù)子波函數(shù)對(duì)時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換成示明時(shí)間和頻率關(guān)系的第一分布的第一步驟；將上述第一分布變換成示明上述時(shí)間、頻率以及此頻率強(qiáng)度間關(guān)系的第二分布的第二步驟；在上述第二分布中檢測(cè)每單位時(shí)間的頻率強(qiáng)度分布的峰值的第三頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于，在上述第三步驟檢測(cè)出的峰值中提取出大于所希望的閾值的作為特征量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于，所述子波變換為非正交的子波變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于，所述子波函數(shù)為復(fù)數(shù)形式的函數(shù)。
5.一種數(shù)據(jù)變換裝置，其特征在于它包括有輸入時(shí)間序列信號(hào)的輸入裝置；子波變換部分，它根據(jù)設(shè)定的子波函數(shù)對(duì)上述輸入裝置輸入的時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換成示明時(shí)間與頻率的關(guān)系的第一分布；強(qiáng)度計(jì)算部分，它將所述第一分布變換為示明上述時(shí)間、頻率以及此頻率強(qiáng)度間關(guān)系的第二分布；峰值檢測(cè)部分，它在上述第二分布中檢測(cè)每單位時(shí)間的頻率強(qiáng)度分布的峰值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)變換裝置，其特征在于，它包括有特征量計(jì)算部分，用來(lái)從所述峰值檢測(cè)部分檢測(cè)出的峰值之中提取出大于所希望的閾值的作為特征量。
7.一種存儲(chǔ)有程序的程序存儲(chǔ)媒體，此存儲(chǔ)的程序包括下述步驟根據(jù)子波函數(shù)對(duì)時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換成示明時(shí)間和頻率關(guān)系的第一分布的第一步驟；將上述第一分布變換成示明上述時(shí)間、頻率以及此頻率強(qiáng)度間關(guān)系的第二分布的第二步驟；在上述第二分布中檢測(cè)每單位時(shí)間的頻率強(qiáng)度分布的峰值的第三步驟。
8.一種存儲(chǔ)有程序的程序存儲(chǔ)媒體，此存儲(chǔ)的程序包括下述步驟根據(jù)子波函數(shù)對(duì)時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行子波變換，變換成示明時(shí)間和頻率關(guān)系的第一分布的第一步驟；將上述第一分布變換成示明上述時(shí)間、頻率以及此頻率強(qiáng)度間關(guān)系的第二分布的第二步驟；在上述第二分布中檢測(cè)每單位時(shí)間的頻率強(qiáng)度分布的峰值的第三步驟；從上述第三步驟檢測(cè)出的峰值之中提取出大于所希望的閾值的作為特征量的第四步驟。
全文摘要
由峰值檢測(cè)部分(121)根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算部分(113)輸出的子波強(qiáng)度信號(hào),檢測(cè)各單位時(shí)間的頻率分布中的最大值(峰值)。具體地說(shuō),注意從信號(hào)變換部分(110)輸出的變換結(jié)果即子波強(qiáng)度信號(hào)在特定時(shí)間間隔的頻率分布,同時(shí)檢測(cè)單位時(shí)間間隔(預(yù)定時(shí)間間隔)的頻率強(qiáng)度分布峰值。這樣就能精確地和定量地掌握通過(guò)對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行子波交換而求得的,在此時(shí)間序列信號(hào)中所含各種頻率特征隨時(shí)間的變化。
文檔編號(hào)G06F17/14GK1265756SQ98807827
公開(kāi)日2000年9月6日 申請(qǐng)日期1998年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月31日
發(fā)明者笹岡英毅, 風(fēng)戶裕彥, 野間節(jié) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武