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JPH0436621A - Device and method for monitoring equipment - Google Patents

Device and method for monitoring equipment

Info

Publication number
JPH0436621A
JPH0436621A JP14355090A JP14355090A JPH0436621A JP H0436621 A JPH0436621 A JP H0436621A JP 14355090 A JP14355090 A JP 14355090A JP 14355090 A JP14355090 A JP 14355090A JP H0436621 A JPH0436621 A JP H0436621A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
sound
signal
equipment
input
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
Application number
JP14355090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Yamamoto
隆義 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Babcock Hitachi KK filed Critical Babcock Hitachi KK
Priority to JP14355090A priority Critical patent/JPH0436621A/en
Publication of JPH0436621A publication Critical patent/JPH0436621A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect an abnormal sound which is hidden behind a background noise and to recognize the extent of the abnormality by inputting signals from a filter device by frequency bands, judging whether or not a sound is normal, and outputting the result. CONSTITUTION:The acceleration of acoustic vibration propagated to a Bessel wall 1 is converted by a sensor 2 into an electric signal, which is converted by a preamplifier 3 into a voltage signal. The voltage signal is an analog signal which has an audio frequency distribution and separated by a BPF 4 into 10 frequency bands obtained by dividing a signal of 0 - 20 KHz by 10 and the mean intensity of a sound in each frequency range is found by a squaring device 5 and an averaging circuit 6. The intensity of the sound at every 10 frequency bands are inputted to a hierarchic neural network 7 consisting of an S layer (sensor layer: input), an A layer (Association layer: intermediate layer), and an intermediate layer (Response layer: output layer); and the network 7 judges whether or not the sound is normal, the result is outputted, and the extent of the abnormality is recognized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機器内での異常の有無を監視する機器の監視
装置および監視方法に係り、特に流体が入った機器内で
発生した音響を解析して、異常が発生しているか否かを
判断する機器監視装置および監視方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device monitoring device and a monitoring method for monitoring the presence or absence of an abnormality within the device, and particularly to a method for monitoring equipment that monitors the presence or absence of abnormalities within the device, and in particular, it relates to a device monitoring device and a monitoring method for monitoring the presence or absence of an abnormality within the device. The present invention relates to a device monitoring device and a monitoring method that analyze and determine whether or not an abnormality has occurred.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

原子炉やこれに接続する蒸気発生部等、原子炉装置の蒸
気や液体が流動する管路からなる各種循環系において装
置部品の脱落が生じると、この脱落部品(ルースパーツ
)により各種機器が損傷を受けたり、内部流体の流れが
阻害される等の問題が生じる。原子炉技術は他の技術分
野以上に安全性が強く要求されるものであって、ルース
パーツ(脱落部品)の発生は極力低減する必要があり、
またルースパーツが発生したならば、その事実を早く察
知し、かつ発生部位およびこのルースバーツの移動状態
を正確に検知する必要がある。このため、従来からいろ
いろの対策が考えられている。
If equipment parts fall off in various circulation systems consisting of pipes through which steam and liquid flow in nuclear reactor equipment, such as the nuclear reactor and the steam generation section connected to it, these fallen parts (loose parts) can damage various equipment. Problems may occur, such as being exposed to water or the flow of internal fluid being obstructed. Nuclear reactor technology requires greater safety than other technical fields, and it is necessary to reduce the occurrence of loose parts as much as possible.
Furthermore, if loose parts occur, it is necessary to quickly detect this fact and to accurately detect the location where the loose parts occur and the state of movement of the loose parts. For this reason, various countermeasures have been considered.

この−例としてルース・パーツ・モニタリング・システ
ム(LPMS)があり、その概要について第9〜11図
を用いて説明する。
An example of this is a loose parts monitoring system (LPMS), the outline of which will be explained using FIGS. 9 to 11.

原子炉1次冷却系内において脱落部品(ルースパーツ)
が発生し、系を構成する壁に衝突して異音を発生すると
、第9図のように系内各所の流路壁に配置された圧電型
加速度計(センサ)1〜12により、このときの振動が
検知され、その振動を電気信号に変換する。
Loose parts in the reactor primary cooling system
When this occurs and collides with the walls that make up the system, producing abnormal noise, the piezoelectric accelerometers (sensors) 1 to 12 placed on the flow path walls at various locations in the system, as shown in Figure 9, detect the vibrations are detected and converted into electrical signals.

この電気信号は、ライントライバ13〜24によって増
幅された後、ルースパーツディテクタ25〜36に送ら
れる。ここでこの信号の大きさを測定し、もし規定値を
超える大きさの信号であれば、ルースバーツ検出を示す
信号(電圧パルス)をディジタル・ルースパーツ・ロケ
ータ37に送る。
This electrical signal is amplified by line drivers 13-24 and then sent to loose parts detectors 25-36. Here, the magnitude of this signal is measured, and if the signal exceeds a specified value, a signal (voltage pulse) indicating loose parts detection is sent to the digital loose parts locator 37.

ディジタル・ルースパーツ・ロケータ37は、各チャン
ネルのルースバーツ検出信号の発生時の時間差より、ル
ースバーツ発生の正誤判断を行う。
The digital loose parts locator 37 determines whether loose parts are generated correctly or incorrectly based on the time difference between the times when the loose parts detection signals of each channel are generated.

その結果、妥当と判断された場合はマスク・アラーム3
8が警報音を発生する。また、警報発生と同時にデータ
レコーダ39が自動起動し、ルースバーツ衝突音の信号
データが記録され、その後のデータ解析に用いられる。
As a result, if it is judged to be appropriate, mask alarm 3
8 generates an alarm sound. Furthermore, the data recorder 39 is automatically activated at the same time as the alarm is generated, and the signal data of the loose bart collision sound is recorded and used for subsequent data analysis.

上記のようにして得られたデータより第10図に示す方
法で、ルースパーツ発生位置を検知する。
Using the data obtained as described above, the location of loose parts is detected using the method shown in FIG.

すなわち、センサAとセンサCの検出信号の検出時間差
より、ルースパーツP1とセンサA、センサC間の距離
の差がわかるので、それに基づいて得られる曲線ff1
l  (時間差一定の双曲線)と、センサBとセンサC
の検出信号における検出信号の時間差により得られる曲
線!2との交点を求め、ルースバーツのインパクト位置
P1を検出する。
In other words, the difference in distance between the loose part P1 and the sensors A and C can be determined from the detection time difference between the detection signals of sensor A and sensor C, so the curve ff1 obtained based on this can be determined.
l (hyperbola with constant time difference), sensor B and sensor C
The curve obtained by the time difference of the detection signal in the detection signal of! 2 and detect the impact position P1 of the loose bar.

第11図はセンサA、B、C・・・・・・を有する各チ
ャンネルにおける検出信号の遅延時間の測定方法を示し
、例えばセンサAにおける信号波形IW、とセンサCに
おける信号波形■W2において、信号の大きさが急に増
加した時点の時間差tを測定することにより求める。
FIG. 11 shows a method for measuring the delay time of the detection signal in each channel having sensors A, B, C, etc. For example, in the signal waveform IW at sensor A and the signal waveform ■W2 at sensor C, This is determined by measuring the time difference t at the time when the signal magnitude suddenly increases.

上記した従来の原子カプラントのルースパーツ監視装置
においては、原子炉や蒸気発生器等1次冷却系の各機器
に取付けた検出器(例えば加速度計)にて検出されたル
ースパーツのインパクト波形の値が、各機器に発生する
通常のノイズ(例えばポンプやモータの運転音、あるい
は流体の流動音など、これらをバックグラウンドノイズ
という)に比し、一定率以上の大きさであればハイアラ
ーム警報を発することにしている。また、ルースパーツ
監視装置には、各機器に取付けた検出器の検出信号の正
誤を判断する装置(以後、ロケータと呼ぶ)が内蔵され
ており、このロケータでは各検出器からの信号の正誤を
判断する機能を持たせていた。その正誤判断の基準とし
ては、(イ)50ミリ秒(mmsec)以内にハイアラ
ーム警報の受信回数が1以下の場合は誤信号とみなす。
In the conventional nuclear coupler loose parts monitoring system described above, the value of the impact waveform of loose parts detected by a detector (for example, an accelerometer) installed in each device of the primary cooling system such as a nuclear reactor or steam generator However, if the noise exceeds a certain level compared to the normal noise generated in each device (for example, the operating sound of a pump or motor, or the sound of fluid flowing, these are called background noise), a high alarm will be issued. I am planning to issue it. In addition, the loose parts monitoring device has a built-in device (hereinafter referred to as a locator) that determines whether the detection signals from the detectors attached to each device are correct. It had the ability to make decisions. The criteria for determining whether it is correct or incorrect are: (a) If the number of high alarm warnings received within 50 milliseconds (mmsec) is 1 or less, it is considered an erroneous signal.

その理由は、鋼中の音速は3m/ミリ秒であり、50ミ
リ秒間には150mの距離を伝わることになる。各機器
に取付けた検出器間の距離は最大20m程度であり、ル
ースバーツが発生しているのであれば、短時間内に付近
の検出器から多数の信号が発信されるはずである。(ロ
)0.5ミリ秒以内に3つ以上の警報信号が受信された
ときは誤信号とみなす。検出器の配置上、0.5ミリ秒
以内に3つ以上の警報が受信されることはほとんどあり
得ないことであり、これは各検出器から制御盤までを接
続するケーブル間で電気ノイズを誘導して発したパルス
信号である可能性が高いためである。
The reason is that the speed of sound in steel is 3 m/millisecond, and sound travels a distance of 150 m in 50 msec. The distance between the detectors attached to each device is about 20 m at most, and if a loose barge is occurring, a large number of signals should be emitted from nearby detectors within a short period of time. (b) If three or more alarm signals are received within 0.5 milliseconds, it will be considered a false signal. Due to the arrangement of the detectors, it is highly unlikely that more than two alarms will be received within 0.5 milliseconds, and this is due to the electrical noise between the cables connecting each detector to the control board. This is because there is a high possibility that it is a pulse signal generated by induction.

以上、(イ)および(ロ)の場合は、信号調整器、検出
器をリセットすると同時に、集中警報器やロケータなど
もリセットし、データをキャンセルすることにしていた
In the above cases (a) and (b), it was decided to reset the signal conditioner and detector, and at the same time reset the central alarm, locator, etc., and cancel the data.

上記正誤判断部をクリヤした信号は、以下説明するパタ
ーン分析においてさらに信号の正誤が判断される。
The signal that has cleared the correct/incorrect judgment section is further judged whether the signal is correct or incorrect in the pattern analysis described below.

すなわち、原子炉あるいは熱交換器等の1次系各機器に
は、所要位置に加速度計などの検出器(センサ)が取付
けられており、ルースバーツが発生した場合、ルースパ
ーツの場所によりぞれを検出するセンサの組合わせが決
まってくる。したがって、最も近距離のセンサがまず検
出信号を発信し、次いで2番目に近い距離に配置された
センサが検出信号を発信するのである。そして、各セン
サの取付は位置が決まれば両センサの発信信号の時間的
ズレ(最大遅延時間)は決まってくる。
In other words, detectors (sensors) such as accelerometers are attached to each primary system equipment such as a nuclear reactor or a heat exchanger at required positions, and when loose parts occur, depending on the location of the loose parts, The combination of sensors that will detect this will be determined. Therefore, the closest sensor will first emit a detection signal, and then the second closest sensor will emit a detection signal. Once the mounting position of each sensor is determined, the time difference (maximum delay time) between the signals transmitted by both sensors is determined.

すなわち、信号の先発信センサチャンネル(CH)と、
次に発信するセンサチャンネルの組合わせと両チャンネ
ル間の最大遅延時間を、あらかじめイベント表として装
置内のメモリに記憶しておき、実際に受信した信号パタ
ーンを比較して信号の正誤を判断させるのである。
That is, the sensor channel (CH) that first transmits the signal;
The combination of sensor channels to be transmitted next and the maximum delay time between both channels are stored in advance as an event table in the device's internal memory, and the actually received signal patterns are compared to determine whether the signals are correct or incorrect. be.

イベントの表の例を第1表に示す。An example of an event table is shown in Table 1.

第    1    表 上記イベント表を用いて、第8図に示す手順にてパター
ン分析を行う。
Table 1 Using the above event table, pattern analysis is performed according to the procedure shown in FIG.

すなわち、原子力発電プラントの流路内でルースパーツ
が発生して、ルースバーツが配管内の壁などに衝突した
場合、その場所によって衝突音を検出する複数の検出器
の組合わせ、検出遅延時間パターンを、模擬インパクト
テストによって求めておき、異音発生時のルースバーツ
警報発生チャンネルと比較し、合致しない場合には誤警
報としてキャンセルするのである。
In other words, when loose parts occur in the flow path of a nuclear power plant and collide with walls in piping, etc., the combination of multiple detectors that detect the collision sound and the detection delay time pattern depend on the location. is determined by a simulated impact test, and compared with the loose bar alarm generation channel when the abnormal noise occurs, and if it does not match, it is canceled as a false alarm.

また、特願昭63−040379号(第12図)にて示
すように、3個以上の正信号の組合わせを用い、ルース
パーツ発生の有無を判定しているが、該検出装置からの
信号は、その値がある規定値以上の場合に、ルースパー
ツディテクタ装置よりルースパーツ検出信号を発信する
。つまり、バックグラウンドノイズに比較して一定比率
以上の強さの異常音のみが検知され、この警報によりF
ER(Fafse  Alarm  EvafuaLi
on  and  Recording  Unit)
21によって総合的にルースパーツが発生しているか否
かの妥当性チエツクを行う。ハックグラウンドノイズの
2〜3倍以上の強さのインパクト音は、ルースバーツ検
出信号として発信されるが、それ以下の異常音は見逃さ
れる。
Furthermore, as shown in Japanese Patent Application No. 63-040379 (Fig. 12), the presence or absence of loose parts is determined using a combination of three or more positive signals. When the value is greater than or equal to a certain specified value, the loose parts detector device transmits a loose parts detection signal. In other words, only abnormal sounds that are stronger than a certain ratio compared to background noise are detected, and this alarm causes F
ER (Fafse Alarm EvafuaLi
on and Recording Unit)
21, a validity check is performed to determine whether loose parts are generated overall. Impact sounds that are two to three times stronger than the hack ground noise are transmitted as loose bart detection signals, but abnormal sounds that are lower than that are overlooked.

したがって、バックグラウンドノイズの大きな場所はど
、検知可能なインパクトエネルギーは大きくなり、LP
MSの検知機能は大幅に低下する。
Therefore, in places with large background noise, the detectable impact energy becomes large and the LP
The detection capability of MS is significantly reduced.

特に沸騰水型原子炉では、加圧水型原子炉と比較してバ
ックグラウンドノイズが大きく、異常音の検知能力を高
めるため対策が必要である。バックグラウンドノイズの
強さに対し、前記規定値を2倍以下にして検知能力を高
めようとすると、誤警報が頻発しLPMSの信転性が低
下し、その機能を充分に発揮できない。
In particular, boiling water reactors have greater background noise than pressurized water reactors, and countermeasures are required to improve the ability to detect abnormal sounds. If an attempt is made to increase the detection ability by setting the specified value to less than twice the strength of the background noise, false alarms will occur frequently, the reliability of the LPMS will decrease, and the LPMS will not be able to fully demonstrate its function.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、バックグラウンドノイズの変動や微小
なインパクト音についての配慮がなされておらず、検知
能力に問題があった。
The above-mentioned conventional technology does not take into consideration fluctuations in background noise or minute impact sounds, and has a problem in detection ability.

本発明の目的は、バックグラウンドノイズに埋もれてい
る異常音を検知し、異常の度合いを自己認識できる〈名
称〉を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a <name> that can detect abnormal sounds buried in background noise and self-recognize the degree of abnormality.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、センサからの音響信号を周波数域に分割し
てニューラルネットワークに入力し、正常音、異常音な
どを自己認識させることにより達成される。すなわち、
従来技術の問題点は、機器に取付けられ機器内で発生し
た音響振動を受信し信号を発信する複数個のセンサ装置
と、センサ装置からの信号に基づき機器内の音響が正常
か否かを判断する装置とを有する機器監視装置において
、各センサ装置からの信号ごとにこれを複数個の周波数
域に分割するフィルタ装置と、フィルタ装置からの信号
を複数個の周波数帯ごとに入力し、前記音響が正常なも
のか否かを判断してその結果を出力するニューラルネッ
トワーク装置とを備えたことを特徴とする機器監視装置
、 機器壁に取付けられ機器内で発生した音響振動を受信し
信号を発信する複数個のセンサと1.センサからの信号
に基づき機器内の音響が正常か否かを判断する判断装置
とを有する機器監視装置において、各センサ装置からの
信号を複数個の周波数域に分割するフィルタ装置と、分
割された上記信号を周波数域ごとに入力して、前記音響
が正常音か異常音かを判断するニューラルネットワーク
装置とを設け、ニューラルネットワーク装置はそれぞれ
所要数のニューロンを持つ入力層、中間層、出力層から
なり、各層間のニューロンはシナプスで結合され、かつ
中間層ニューロンは入出力変換とし′てロジィスティッ
ク関数を、出力層のニューロンは人出力変換として区分
線型関数を備えていることを特徴とする機器監視装置、 および機器内で発生した音響に基づき機器壁に取付けら
れた複数個のセンサから信号を発信する工程と、上記各
センサからの信号を判断装置で受信して音響が正常か否
かを判断する工程とを有する機器監視方法において、各
センサからの信号をバンドパスフィルタにより複数の周
波数域に分割する工程と、上記信号を分割された周波数
域ごとにニューラルネットワーク判断装置に入力する工
程と、ニューラルネットワーク判断装置でのあらかじめ
学習された判断機能と、上記入力信号に基づき前記音響
が正常音か異常音かの判断を行い判断結果を出力する工
程とを有することを特徴とする機器監視方法により解決
される。
The above object is achieved by dividing the acoustic signal from the sensor into frequency ranges and inputting them into a neural network to self-recognize normal sounds, abnormal sounds, etc. That is,
The problem with the conventional technology is that multiple sensor devices are attached to equipment and receive acoustic vibrations generated within the equipment and transmit signals, and that it is determined whether or not the sound inside the equipment is normal based on the signals from the sensor devices. In the equipment monitoring device, the equipment monitoring device has a filter device that divides the signal from each sensor device into a plurality of frequency bands, and a device that inputs the signal from the filter device for each of the plurality of frequency bands, A device monitoring device characterized by comprising a neural network device that determines whether or not the device is normal and outputs the result; a device that is attached to the wall of the device and receives acoustic vibrations generated within the device and transmits a signal. A plurality of sensors and 1. In an equipment monitoring device that has a judgment device that determines whether or not the sound inside the equipment is normal based on signals from the sensor, a filter device that divides the signal from each sensor device into a plurality of frequency ranges, and a filter device that divides the signal from each sensor device into a plurality of frequency ranges. A neural network device is provided, which inputs the above-mentioned signals in each frequency range and determines whether the sound is a normal sound or an abnormal sound. A device characterized in that the neurons between each layer are connected by synapses, and the middle layer neurons have a logistic function as input/output conversion, and the output layer neurons have a piecewise linear function as human output conversion. A process of transmitting signals from a monitoring device and multiple sensors attached to the equipment wall based on the sound generated within the equipment, and a judgment device receiving the signals from each of the above sensors to determine whether the sound is normal or not. A device monitoring method comprising: a step of dividing a signal from each sensor into a plurality of frequency ranges using a band-pass filter; and a step of inputting the signal into a neural network determination device for each divided frequency range. A device monitoring method comprising: a pre-learned judgment function in a neural network judgment device; and a step of judging whether the sound is a normal sound or an abnormal sound based on the input signal and outputting a judgment result. Solved by

〔作用〕[Effect]

本発明による音響認識を用いた異常監視装置は、ニュー
ラルネットワークを最適に構成し、正常な音を学習させ
、“正常゛′と自己認識することにより、微小な異音を
検知することができ、かつ誤警報を発することがなくな
る。
The abnormality monitoring device using acoustic recognition according to the present invention can detect minute abnormal sounds by configuring a neural network optimally, learning normal sounds, and self-recognizing them as "normal." Moreover, false alarms are no longer issued.

音の入力は、周波数域を複数個の成分に分割した音の強
さを用いることにより、総合した音の強さはハックグラ
ウンドノイズと同程度であっても、微小な異常の度合い
を判別できる。
For sound input, by dividing the frequency range into multiple components and using the sound intensity, it is possible to determine the degree of slight abnormality even if the overall sound intensity is the same as hack ground noise. .

〔実施例] 本発明の具体的実施例として、第1図に全体の構成を示
す。
[Example] As a specific example of the present invention, the overall configuration is shown in FIG.

ベッセル壁1に伝播してきた音響振動は、その加速度が
センサ2により電化信号に変換された後、プリアンプ3
により電圧信号に変換される。この電圧信号は、可聴域
周波数の分布を有するアナログ信号であり、バンドパス
フィルタ4により、複数の、ここではO〜20KHzの
範囲の信号を10分割した10個の周波数域に分け、2
乗器5および平均化回路6により、各周波数域ごとの音
の平均強度を求めることができる。
The acoustic vibration that has propagated to the vessel wall 1 is converted into an electrification signal by the sensor 2, and then the preamplifier 3
is converted into a voltage signal by This voltage signal is an analog signal having an audible frequency distribution, and is divided by a bandpass filter 4 into 10 frequency ranges obtained by dividing a plurality of signals in the range of 0 to 20 KHz into 10.
The multiplier 5 and the averaging circuit 6 can determine the average intensity of sound for each frequency range.

この10個の周波数域ごとの音の強度を、階層型ニュー
ラルネットワーク70入力として用いる。
The sound intensities for each of these 10 frequency ranges are used as input to the hierarchical neural network 70.

このニューラルネットワーク7は、5層(S e ns
or層:入力層)、A層(Association層:
中間層)およびR層(Response層:出力層)よ
りなる階層型ネットワークである。
This neural network 7 has five layers (S e ns
or layer: input layer), A layer (association layer:
It is a hierarchical network consisting of an intermediate layer) and an R layer (response layer: output layer).

本実施例では、8層8は工0個のニューロン、A層9は
4個、8層10は1個のニューロンとし、これらのニュ
ーロン11.14.15を階層的にシナプス12.13
で結合させた構成とした。
In this example, the 8th layer 8 has 0 neurons, the A layer 9 has 4 neurons, and the 8th layer 10 has 1 neuron, and these neurons 11, 14, 15 are hierarchically connected to synapses 12, 13.
The configuration was made by combining the two.

ここで、ニューロンとは人間の神経細胞のことをいい、
制御回路では同様の働きをするものをいう。各ニューロ
ンを結んで信号のやり取りをするためのものをシナプス
という。脳の中での処理機構は、第1図のA層に示すモ
デルで実行されている。ニューロンjへの入力は、各ニ
ューロンからの信号強度Xiにシナプスの結合重みωi
を乗じたものの総和である。
Here, neurons refer to human nerve cells,
Control circuits refer to circuits that perform similar functions. Synapses are the connections between neurons that allow them to exchange signals. The processing mechanism in the brain is executed by the model shown in layer A of FIG. The input to neuron j is the signal strength Xi from each neuron and the synaptic connection weight ωi
It is the sum of the products multiplied by .

Σ ωi Xiがそのニューロンjのしきい値りより大
きくなると、ニューロンjからの出力が出る。
When Σ ωi Xi becomes greater than the threshold of that neuron j, there is an output from neuron j.

ニューロン1個の信号処理は比較的簡単であるが、多数
のネットワークが並列で高速な判断機能を有している。
Although signal processing by a single neuron is relatively simple, many networks have parallel and high-speed decision functions.

3層では入力信号を受取り、A層では入力信号パターン
を変換し、R層からはネットワークの応答としての電力
ができる。二〇ニューラルネットワークを音響による異
常監視装置として実用化するには、まず、正常な音響を
°“正常“と認識するための学習の収束性を確立するこ
とが不可欠である(学習が収束するとは、3層の各ニュ
ーロンに所定の入カバターンを入力したときの、R層か
らの出力の値が正解出力となることをいい、S肩とA層
間のシナプスの結合重み、A層とR層間のシナプス結合
重みを修正してやることが学習である)。このための主
な検討パラメタとして下記がある。
The third layer receives the input signal, the A layer transforms the input signal pattern, and the R layer generates power as a response for the network. 20 In order to put a neural network into practical use as an acoustic abnormality monitoring device, it is first essential to establish the convergence of learning in order to recognize normal acoustics as “normal.” , when a predetermined input pattern is input to each neuron in the three layers, the value of the output from the R layer becomes the correct output, and the connection weight of the synapse between the S shoulder and the A layer, the connection weight between the A layer and the R layer, Learning involves modifying the synaptic connection weights). The following are the main parameters to consider for this purpose.

(1)A層および8層ニューロン14および15の入出
力関数fおよびg。
(1) Input/output functions f and g of the A-layer and 8-layer neurons 14 and 15.

(2)A層9のニューロン11の数m個。(2) The number m of neurons 11 in the A layer 9.

(3)8層8とA層90間のシナプス12およびA層8
と8層10の間のシナプス13の結合重みの初期値と修
正パラメタε。
(3) Synapse 12 between layer 8 and layer A 90 and layer A 8
and the initial value of the connection weight of the synapse 13 between the 8th layer 10 and the modification parameter ε.

学習の過程では、1つの入カバターンを入れて、ネット
ワークの出力値が正解出力と異なっている場合は、その
出力値と正解出力(教師信号という)の差に基づいて、
R層〜A層間のω、次にA層〜S層間のωを修正してや
る。
In the learning process, if one input pattern is input and the output value of the network is different from the correct output, based on the difference between that output value and the correct output (called a teacher signal),
The ω between the R layer and the A layer is corrected, and then the ω between the A layer and the S layer is corrected.

以下余白 ω(t+1)=ω(1)+ε (T−0)  ・f9ε
を修正パラメータという。
Below margin ω(t+1) = ω(1)+ε (T-0) ・f9ε
is called a modification parameter.

誤差に基づく値(T−0)で、そのまま前回の結合重み
ωを修正すると、修正幅が大きすぎて、ネットワークの
出力が学習回数に対し発散する。
If the previous connection weight ω is directly corrected using the value (T-0) based on the error, the correction width will be too large and the output of the network will diverge with respect to the number of learning times.

これを防ぐために0〈さくlを乗じる。To prevent this, multiply by 0.

学習の手法について第2図および以下の式(%式%) ■ R層のnユニットへの入力の総和をi とすると、 ここで、ω ;A11mユニットから8層nユニットへ
の結合の重み 0 ;A層のmユニットからの出力 =g(i ・・・ (2) 各ユニットの入出力関数 g (x) =1 (x≧xo) 0(x≦x+) ax()(。
About the learning method Figure 2 and the following formula (% formula %) ■ If the sum of the inputs to the n units of the R layer is i, then ω ; the weight of the connection from the A11m unit to the n unit of the 8th layer is 0 ; Output from m units of layer A = g(i... (2) Input/output function of each unit g (x) = 1 (x≧xo) 0 (x≦x+) ax()(.

<x<x。<x<x.

時刻(t+1)での結合の重みは、 第1図のニューラルネットワークにおいて、入力信号〜
出力信号の信号の流れは、S層=A層−R層となってい
る。学習におけるシナプス結合重みωの修正は、この信
号の流れとは逆に、R−A−Sの順に行う。表現として
、誤差逆伝播という形をとっている。これはωの修正の
ベースは、R層での出力と教師信号Tとの差に基づいて
いるからである。異音認識を目的とした正常音の学習の
収束性のために、前記(1)〜(3)のパラメタの決定
を行った結果、本発明のニューラルネットワークの適用
を実現することができた。
The weight of the connection at time (t+1) is given by the input signal ~
The signal flow of the output signal is S layer = A layer - R layer. Modification of the synaptic connection weight ω during learning is performed in the R-A-S order, contrary to this signal flow. As an expression, it takes the form of error backpropagation. This is because the basis for modifying ω is the difference between the output in the R layer and the teacher signal T. As a result of determining the parameters (1) to (3) above for the convergence of normal sound learning for the purpose of abnormal sound recognition, it was possible to realize the application of the neural network of the present invention.

まず、A層9のニューロン14の入出力関数fを、第3
図に示すロジスティック関数にすることにより、入力と
しての周波数域ごとの音の強度の分布が大きい場合でも
、0〜1の間の数値を出力するとともに、大きい入力値
(絶対値)の場合は、入力値が0近傍と比較して、その
傾きが緩やかであることから、学習過程における3層8
とA層9の間のシナプス結合12の重みの修正((5)
、(6)式)がスムーズに行われるので、学習の収束が
安定で早くなった。
First, the input/output function f of the neuron 14 of the A layer 9 is
By using the logistic function shown in the figure, even if the distribution of sound intensity for each frequency range as an input is large, a numerical value between 0 and 1 is output, and in the case of a large input value (absolute value), Compared to the input value near 0, the slope is gentler, so the 3rd layer 8 in the learning process
Modification of the weight of the synaptic connection 12 between and A layer 9 ((5)
, (6)) are performed smoothly, the convergence of learning is stable and fast.

すなわち、第3図のロジスティック関数fにすると、(
5)式の右辺の となる。これは、第6A図のような関係となるので、ニ
ューロンmの出力0 が0〜1間の中間の0.5付近を
出力しているときはfoが大きい。つまり、このときは
シナプスの修正量を大きくしても発散しにくい。一方、
出力OがOやlに近いときは、第6A図の両端に近い値
なので学習が発散し易い。このときはfoは小さいので
、シナプスの修正量を小さくしてやる。
That is, if we take the logistic function f in Figure 3, (
5) The right side of Eq. This is a relationship as shown in FIG. 6A, so when the output 0 of neuron m is around 0.5, which is between 0 and 1, fo is large. In other words, in this case, even if the amount of synaptic correction is increased, it is difficult to diverge. on the other hand,
When the output O is close to O or l, the learning tends to diverge because the values are close to both ends of FIG. 6A. Since fo is small at this time, the amount of synaptic correction is made small.

次に、8層10のニューロン15の入出力関数gは、従
来のニューラルネットワークでは、A層9と同じ関数f
が通用されるが、本発明の実施例の音響認識では微小な
異音を検知し、出力層の1個のニューロンで正常、異常
等を判定する目的から、R層の入出力関数gを、A層の
入出力関数f:ロジスティック関数と同じとせず、第4
図に示す区分線形関数とすることで、学習や異音検知が
可能となった。
Next, in the conventional neural network, the input/output function g of the neuron 15 of the 8th layer 10 is the same function f as that of the A layer 9.
However, in the acoustic recognition according to the embodiment of the present invention, the input/output function g of the R layer is Input/output function f of layer A: Not the same as the logistic function, but the fourth
By using the piecewise linear function shown in the figure, learning and abnormal noise detection became possible.

R層の入出力関数gを第4図の区分線形関数にした場合
について説明する。このニューロンの入出力関数gを第
6B図のようなものとすると、gの微分関数g°は第6
C図に示すものとなる。
A case where the input/output function g of the R layer is a piecewise linear function shown in FIG. 4 will be explained. If the input/output function g of this neuron is as shown in Figure 6B, then the differential function g° of g is the 6th
It will be as shown in Figure C.

したがって(4)式は、 となり、A層とR層間の結合重みω〜“の修正量は(3
)式 した修正量となる。この方がロジスティック関数fの1
次微分子′のような形の値をネットワークになる)で修
正するよりは、修正すべき値が明確である。9層ニュー
ロンの出力値はO(正常)〜1 (完全に異常)の間の
アナログ的数値で表現する。これが異音の程度をあられ
すので、線形でないとこの程度が不明確となる。
Therefore, equation (4) becomes as follows, and the amount of modification of the coupling weight ω~” between the A layer and the R layer is (3
) is the correction amount calculated by the formula. This is 1 of the logistic function f
The value to be corrected is clearer than correcting a value in the form of a subdifferential molecule (which becomes a network). The output value of the 9th layer neuron is expressed as an analog numerical value between O (normal) and 1 (completely abnormal). This determines the degree of abnormal noise, so if it is not linear, this degree will be unclear.

中間層であるA層9のニューロン数mについても、音響
認識を早く安定した学習をさせるために、最適なニュー
ロン数の範囲を決定することにより、実用化が可能とな
った。
Regarding the number m of neurons in the A layer 9, which is the intermediate layer, it has become possible to put it into practical use by determining the optimal range of the number of neurons in order to learn acoustic recognition quickly and stably.

つまり、ニューロン数mが少ないと、1回当たりの学習
時間は短いが、収束までの回数が増加するし、mが多す
ぎると1回当たりの学習時間は長くなるが、回数は減少
する傾向にあるため、安定で収束の速い学習を実現する
ための最適な中間層A層のニューロン数は、本実施例の
場合は3〜6個であった。これより入力層のニューロン
数10個に対し3〜6個であることから、最適な中間層
ニューロン数は入力層ニューロン数の30〜60%であ
ることがわかった。この最適な範囲については第5図に
示す。この中間層A層のニューロンの数mについては、
入力層A層および出力層R層のニューロンの数や、学習
させるべき入力データと教師信号との関連でその最適範
囲は変化するが、ニューラルネットワークのハード構成
を考えて、できる限りこの中間層ニューロン数mは少な
い方が実用的である。
In other words, when the number of neurons m is small, the learning time per round is short, but the number of times until convergence increases, and when m is too large, the learning time per round becomes long, but the number of times tends to decrease. Therefore, the optimal number of neurons in the intermediate layer A to realize stable and fast convergence learning was 3 to 6 in this embodiment. From this, it was found that the optimal number of intermediate layer neurons is 30 to 60% of the number of input layer neurons, since the number is 3 to 6 for every 10 neurons in the input layer. This optimum range is shown in FIG. Regarding the number m of neurons in this middle layer A,
The optimal range changes depending on the number of neurons in the input layer A layer and the output layer R layer, as well as the input data to be trained and the teacher signal, but considering the hardware configuration of the neural network, use the middle layer neurons as much as possible. A few meters is more practical.

本ニューラルネットワークを組み込んだ監視装置では、
第6図の実線に示す正常な音に対し、第6図の点線のよ
うな周波数全体にわたる強度は、実線と同じである微小
な異音も、確実に異音として認識することが可能となっ
た。
In the monitoring device incorporating this neural network,
In contrast to the normal sound shown by the solid line in Figure 6, even minute abnormal noises whose intensity over the entire frequency range as shown by the dotted line in Figure 6 is the same as the solid line can be reliably recognized as abnormal noise. Ta.

本発明の他の実施例を第7図に示す。センサ2およびプ
リアンプ3からの音響の電圧信号は、可聴域全域の周波
数分布を有しているが、被診断系のバックグラウンドノ
イズは、その系の部位により特徴を有している場合があ
るし、また異常音もその異常原因により周波数の特徴を
有している。
Another embodiment of the invention is shown in FIG. The acoustic voltage signals from the sensor 2 and preamplifier 3 have a frequency distribution over the entire audible range, but the background noise of the system to be diagnosed may have characteristics depending on the part of the system. , Abnormal sounds also have frequency characteristics depending on the cause of the abnormality.

これらの相互の特徴に注目して、あらかじめあるいは自
動的にある範囲の周波数域の音に限定するために、プレ
フィルタ16を設けることを特徴とする監視装置であり
、本ニューラルネットワークは、この範囲の音について
学習し、さらに検知能力を高めることが可能となる。
This monitoring device is characterized by providing a pre-filter 16 in order to pay attention to these mutual characteristics and limit sounds in a certain frequency range in advance or automatically. It is possible to learn about sounds and further improve detection ability.

また、本発明によるセンサごとのニューラルネットワー
クの出力である異常程度を示す情報をもとに、被診断系
全体の運転状況を推定する監視装置が実現できる。
Furthermore, it is possible to realize a monitoring device that estimates the operating status of the entire system to be diagnosed based on the information indicating the degree of abnormality, which is the output of the neural network for each sensor according to the present invention.

以上述べた本発明のニューラルネットワークとしては、
電子回路で構成すること、生体系の神経細胞を利用する
ことができるが、恒久的設備としては、現在では電子回
路によるものが優れている。
The neural network of the present invention described above includes:
Although it is possible to construct it using electronic circuits or use nerve cells in biological systems, it is currently preferable to use electronic circuits as permanent equipment.

また、本発明により正常音か異常音かの識別を行い、異
常音と判断した後のルースパーツ等の対象物の位置確認
は、従来技術のロケータにより行つ。
Further, according to the present invention, the sound is identified as normal or abnormal, and after the sound is determined to be abnormal, the position of an object such as a loose part is confirmed using a conventional locator.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、被診断系に取付けたセンサからの音響
信号を周波数ごとに分割した後に、入力層に入力し、中
間層で変換し、出力層よりそのセンサに入力された音が
、正常か異常か、異常ならその程度を自己判断する機能
を有するニューラルネットワークを組み込んだ監視装置
が実現でき、バックグラウンドノイズに埋もれた微小差
の異音を、誤警報の発生なく検知可能となった。
According to the present invention, an acoustic signal from a sensor attached to a system to be diagnosed is divided into frequencies, input to the input layer, converted in the intermediate layer, and the sound input to the sensor from the output layer is normal. We have achieved a monitoring device incorporating a neural network that has the ability to self-determine whether something is abnormal, and if so, the extent of the abnormality, making it possible to detect minute differences in abnormal sounds buried in background noise without generating false alarms.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の実施例図、第2図は、本発明で使用
するニューラルネットワークの学習を説明する図、第3
図は、中間層ニューロンの入出力関数実施例図、第4図
は、出力層ニューロンの入出力関数実施例図、第5図は
、中間層ニューロンの最適数を示す図、第6図は、本発
明の効果を示す図、第6A図は、中間層ニューロンの出
力と入出力関数の微分との関係図、第6B図、第6C図
は、出力層ニューロンの入出力関数およびその微分関数
の実施例図、第7図は、本発明の他の実施例図、第8図
から第12図までは、従来技術の説明図である。 l・・・ベッセル壁、2・・・センサ、3・・・プリア
ンプ、4・・・バンドパスフィルタ、5・・・2乗器、
6・・・平均化回路、7・・・階層型ニューラルネット
ワーク、8・・・入力層、9・・・中間層、10・・・
出力層、11.14.15・・・ニューロン、12.1
3・・・シナプス。 第 図 5層 A層 R層 第 図 第6A図 第6B 図 第6C図 第 図 第 図 第10 図 ゞ:/’t AX ゝン、 第 図
Figure 1 is an example diagram of the present invention, Figure 2 is a diagram explaining learning of the neural network used in the present invention, and Figure 3 is a diagram explaining the learning of the neural network used in the present invention.
The figure shows an example of the input/output functions of the middle layer neurons, FIG. 4 shows the example of the input/output functions of the output layer neurons, FIG. 5 shows the optimal number of middle layer neurons, and FIG. 6 shows the example of the input/output functions of the output layer neurons. FIG. 6A is a diagram showing the effect of the present invention. FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the output of the intermediate layer neuron and the differential of the input/output function. FIGS. 6B and 6C are the relationship diagram of the input/output function of the output layer neuron and its differential function. FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 8 to 12 are explanatory diagrams of the prior art. l... Bessel wall, 2... sensor, 3... preamplifier, 4... band pass filter, 5... squarer,
6... Averaging circuit, 7... Hierarchical neural network, 8... Input layer, 9... Middle layer, 10...
Output layer, 11.14.15... Neuron, 12.1
3...Synapse. Figure 5 Layer A layer R layer Figure 6A Figure 6B Figure 6C Figure Figure 10

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)機器に取付けられ機器内で発生した音響振動を受
信し信号を発信する複数個のセンサ装置と、センサ装置
からの信号に基づき機器内の音響が正常か否かを判断す
る装置とを有する機器監視装置において、各センサ装置
からの信号ごとにこれを複数個の周波数域に分割するフ
ィルタ装置と、フィルタ装置からの信号を複数個の周波
数帯ごとに入力し、前記音響が正常なものか否かを判断
してその結果を出力するニューラルネットワーク装置と
を備えたことを特徴とする機器監視装置。
(1) A plurality of sensor devices attached to equipment that receive acoustic vibrations generated within the equipment and transmit signals, and a device that determines whether or not the sound inside the equipment is normal based on the signals from the sensor devices. The equipment monitoring device has a filter device that divides each signal from each sensor device into a plurality of frequency bands, and a filter device that inputs the signals from the filter device for each of the plurality of frequency bands, and detects whether the sound is normal or not. What is claimed is: 1. A device monitoring device comprising: a neural network device that determines whether or not the device is running, and outputs the result.
(2)ニューラルネットワーク装置がそれぞれ所定数の
ニューロンを持つ入力層、中間層、出力層の3層からな
るニューラルネットワークを備え、中間層のニューロン
の数が入力層のニューロンの数の30〜60%であるこ
とを特徴とする請求項(1)記載の機器監視装置。
(2) The neural network device includes a neural network consisting of three layers, an input layer, a middle layer, and an output layer, each having a predetermined number of neurons, and the number of neurons in the middle layer is 30 to 60% of the number of neurons in the input layer. The equipment monitoring device according to claim (1), characterized in that:
(3)機器壁に取付けられ機器内で発生した音響振動を
受信し信号を発信する複数個のセンサと、センサからの
信号に基づき機器内の音響が正常か否かを判断する判断
装置とを有する機器監視装置において、各センサ装置か
らの信号を複数個の周波数域に分割するフィルタ装置と
、分割された上記信号を周波数域ごとに入力して、前記
音響が正常音か異常音かを判断するニューラルネットワ
ーク装置とを設け、ニューラルネットワーク装置はそれ
ぞれ所要数のニューロンを持つ入力層、中間層、出力層
からなり、各層間のニューロンはシナプスで結合され、
かつ中間層ニューロンは入出力変換としてロジィスティ
ック関数を、出力層のニューロンは入出力変換として区
分線型関数を備えていることを特徴とする機器監視装置
(3) A plurality of sensors installed on the equipment wall that receive acoustic vibrations generated within the equipment and transmit signals, and a judgment device that determines whether the sound inside the equipment is normal based on the signals from the sensors. A device monitoring device having a filter device that divides the signal from each sensor device into a plurality of frequency ranges, and inputs the divided signals for each frequency range to determine whether the sound is a normal sound or an abnormal sound. The neural network device consists of an input layer, an intermediate layer, and an output layer each having a required number of neurons, and the neurons between each layer are connected by synapses,
An equipment monitoring device characterized in that the intermediate layer neuron is provided with a logistic function as an input/output conversion, and the output layer neuron is provided with a piecewise linear function as an input/output conversion.
(4)機器内で発生した音響に基づき機器壁に取付けら
れた複数個のセンサから信号を発信する工程と、上記各
センサからの信号を判断装置で受信して音響が正常か否
かを判断する工程とを有する機器監視方法において、各
センサからの信号をバンドパスフィルタにより複数の周
波数域に分割する工程と、上記信号を分割された周波数
域ごとにニューラルネットワーク判断装置に入力する工
程と、ニューラルネットワーク判断装置でのあらかじめ
学習された判断機能と、上記入力信号に基づき前記音響
が正常音か異常音かの判断を行い判断結果を出力する工
程とを有することを特徴とする機器監視方法。
(4) A process of transmitting signals from multiple sensors attached to the equipment wall based on the sound generated within the equipment, and a judgment device receiving the signals from each of the above sensors to determine whether the sound is normal or not. A device monitoring method comprising the steps of dividing the signal from each sensor into a plurality of frequency ranges using a bandpass filter, and inputting the signal into a neural network determination device for each divided frequency range, 1. A device monitoring method comprising: a pre-learned determination function in a neural network determination device; and a step of determining whether the sound is a normal sound or an abnormal sound based on the input signal and outputting a determination result.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0894497A (en) * 1994-07-25 1996-04-12 Mitsubishi Electric Corp Diagnostic system for automobile component
JPH10176949A (en) * 1996-12-10 1998-06-30 Caterpillar Inc Apparatus and method for testing mechanical component using neural network processing vibration data analysis
JP2014515102A (en) * 2011-04-07 2014-06-26 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー A method for detecting the presence of component pieces in a steam generator of a nuclear power plant.

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