JP2002039853A - 構造減衰係数の測定装置および測定方法 - Google Patents
構造減衰係数の測定装置および測定方法Info
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- JP2002039853A JP2002039853A JP2000221841A JP2000221841A JP2002039853A JP 2002039853 A JP2002039853 A JP 2002039853A JP 2000221841 A JP2000221841 A JP 2000221841A JP 2000221841 A JP2000221841 A JP 2000221841A JP 2002039853 A JP2002039853 A JP 2002039853A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡易な構成により容易に材料の構造減衰係数を
測定することができる測定装置を提供する。 【解決手段】 試料をつり下げることができる試料つり
下げ手段２、３、１１と、つり下げた試料を打撃する打
撃手段６、７、８と、打撃音を収集するマイクロホン４
と、収集した振動波形から試料の構造減衰係数を求める
制御機器９と、求めた結果を表示する表示手段１０を備
えていることを特徴とする構造減衰係数の測定装置。
測定することができる測定装置を提供する。 【解決手段】 試料をつり下げることができる試料つり
下げ手段２、３、１１と、つり下げた試料を打撃する打
撃手段６、７、８と、打撃音を収集するマイクロホン４
と、収集した振動波形から試料の構造減衰係数を求める
制御機器９と、求めた結果を表示する表示手段１０を備
えていることを特徴とする構造減衰係数の測定装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報、精密機器の
高性能化が求められている中で、それらの機器に組み込
まれる部品に使用される材料の構造減衰係数を測定する
測定装置および測定方法に関するものである。
高性能化が求められている中で、それらの機器に組み込
まれる部品に使用される材料の構造減衰係数を測定する
測定装置および測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】情報・精密機器の高性能化が求められる
中で、組み込み部品に使用される材料の減衰特性を考慮
した設計が必要となっており、材料の構造減衰係数を精
密に測定することが重要となっている。材料の構造減衰
係数はその材料の減衰比を測定することにより得られ
る。この測定では、試料を振動させ、その波形を処理し
て計算されるが、測定精度は周囲環境、試料の支持方
法、振動検出法、信号処理法により影響される。
中で、組み込み部品に使用される材料の減衰特性を考慮
した設計が必要となっており、材料の構造減衰係数を精
密に測定することが重要となっている。材料の構造減衰
係数はその材料の減衰比を測定することにより得られ
る。この測定では、試料を振動させ、その波形を処理し
て計算されるが、測定精度は周囲環境、試料の支持方
法、振動検出法、信号処理法により影響される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術としては、周
囲環境には空中と真空中が、支持方法にはねじり振動法
とピエゾ式方法が、振動検出法には加速度とレーザ計測
が、信号処理法には周波数領域と時間領域が知られてい
るが、それぞれ下記のような欠点がある。即ち、真空中
における測定では、真空槽と特殊な加振装置が必要なた
め高価となり、また、空気中における測定では、空気抵
抗が入るため、精度が低い。ねじり振動法では、支持部
での減衰が大きいため、精度が低く、またピエゾ式方法
では試料を高精度に加工せねばならず、簡便でない。加
速度計では、試料との取り付け部で減衰が発生するため
精度が低く、またレーザ測定法では装置が高価・試料表
面に反射鏡を取り付けるため煩雑となる。周波数領域の
計測法ではセンサを内臓する加振機とＦＦＴが必要なた
め高価となり、また、時間領域の計測法では、大量のメ
モリが必要なため高価となる。
囲環境には空中と真空中が、支持方法にはねじり振動法
とピエゾ式方法が、振動検出法には加速度とレーザ計測
が、信号処理法には周波数領域と時間領域が知られてい
るが、それぞれ下記のような欠点がある。即ち、真空中
における測定では、真空槽と特殊な加振装置が必要なた
め高価となり、また、空気中における測定では、空気抵
抗が入るため、精度が低い。ねじり振動法では、支持部
での減衰が大きいため、精度が低く、またピエゾ式方法
では試料を高精度に加工せねばならず、簡便でない。加
速度計では、試料との取り付け部で減衰が発生するため
精度が低く、またレーザ測定法では装置が高価・試料表
面に反射鏡を取り付けるため煩雑となる。周波数領域の
計測法ではセンサを内臓する加振機とＦＦＴが必要なた
め高価となり、また、時間領域の計測法では、大量のメ
モリが必要なため高価となる。
【０００４】そこで、本発明は、所定の形状に加工した
試料をつり下げ状態で打撃し、その時の打撃音を収集
し、解析することで極めて容易に材料の構造減衰係数を
測定できる構造減衰係数測定装置および方法を提供する
ことにより、上記諸問題を解決することを目的とする。
試料をつり下げ状態で打撃し、その時の打撃音を収集
し、解析することで極めて容易に材料の構造減衰係数を
測定できる構造減衰係数測定装置および方法を提供する
ことにより、上記諸問題を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、試料
をつり下げることができる試料つり下げ手段と、つり下
げた試料を打撃する打撃手段と、打撃音を収集するマイ
クロホンと、収集した振動波形から試料の構造減衰係数
を求める制御機器と、求めた結果を表示する表示手段を
備えていることを特徴とする構造減衰係数の測定装置で
あり、前記装置装置につり下げる試料は、円柱状に加工
され、その試料の一次固有振動モードの節で吊り下げら
れるようにしたことを特徴とする構造減衰係数の測定装
置であり、前記収集した振動波形を間欠的に複数回収集
し、指数関数へのカーブフィットにより構造減衰係数を
算出することを特徴とする構造減衰係数の測定装置であ
り、前記マイクロホンは、試料の振動面内に配置され、
かつ最大感度方向が試料の軸直角方向であることを特徴
とする構造減衰係数の測定装置であり、所定の形状に加
工された試料を、その試料の一次固有振動モードの節で
糸により吊り下げ、つり下げた試料を打撃し、発生した
打撃音をマイクロホンで収集し、得られた出力信号を演
算処理し、構造減衰係数を算出することを特徴とする構
造減衰係数の測定方法であり、前記試料は直径が約１ｃ
ｍ、長さが約１０ｃｍ程度の円柱状に加工されているこ
とを特徴とする構造減衰係数の測定方法であり、前記出
力信号を間欠的に複数回収集し、指数関数へのカーブフ
ィットにより減衰係数を算出することを特徴とする構造
減衰係数の測定方法であり、前記マイクロホンは、試料
の振動面内に配置され、かつ最大感度方向が試料の軸直
角方向であることを特徴とする構造減衰係数の測定方法
である。
をつり下げることができる試料つり下げ手段と、つり下
げた試料を打撃する打撃手段と、打撃音を収集するマイ
クロホンと、収集した振動波形から試料の構造減衰係数
を求める制御機器と、求めた結果を表示する表示手段を
備えていることを特徴とする構造減衰係数の測定装置で
あり、前記装置装置につり下げる試料は、円柱状に加工
され、その試料の一次固有振動モードの節で吊り下げら
れるようにしたことを特徴とする構造減衰係数の測定装
置であり、前記収集した振動波形を間欠的に複数回収集
し、指数関数へのカーブフィットにより構造減衰係数を
算出することを特徴とする構造減衰係数の測定装置であ
り、前記マイクロホンは、試料の振動面内に配置され、
かつ最大感度方向が試料の軸直角方向であることを特徴
とする構造減衰係数の測定装置であり、所定の形状に加
工された試料を、その試料の一次固有振動モードの節で
糸により吊り下げ、つり下げた試料を打撃し、発生した
打撃音をマイクロホンで収集し、得られた出力信号を演
算処理し、構造減衰係数を算出することを特徴とする構
造減衰係数の測定方法であり、前記試料は直径が約１ｃ
ｍ、長さが約１０ｃｍ程度の円柱状に加工されているこ
とを特徴とする構造減衰係数の測定方法であり、前記出
力信号を間欠的に複数回収集し、指数関数へのカーブフ
ィットにより減衰係数を算出することを特徴とする構造
減衰係数の測定方法であり、前記マイクロホンは、試料
の振動面内に配置され、かつ最大感度方向が試料の軸直
角方向であることを特徴とする構造減衰係数の測定方法
である。
【０００６】
【実施の形態】以下、本発明における構造減衰係数の測
定装置および測定方法の一実施形態について図面を参照
して説明する。図１は構造減衰係数測定装置の構造斜視
図である。図において、１は支持台であり、支持台１に
は試料３を吊り下げるためのアーム２が設けられている
とともに、マイクロホン４が取付られている。また、支
持台１に対向して、打撃ハンマ支持台５が配置され、こ
のハンマ支持台５には振り子体６が試料３に向けて揺動
できるように取付られており、振り子体６の上部には打
撃ハンマ７が、また振り子体６の下方にはソレノイドな
どからなるアクチュエータ８が取付られている。そして
振り子体６、ハンマ７、アクチュエータ８により打撃手
段を構成している。前記マイクロホン４およびアクチュ
エータ８は制御機器９に接続され、制御機器には測定結
果を表示する表示手段１０が接続されている。
定装置および測定方法の一実施形態について図面を参照
して説明する。図１は構造減衰係数測定装置の構造斜視
図である。図において、１は支持台であり、支持台１に
は試料３を吊り下げるためのアーム２が設けられている
とともに、マイクロホン４が取付られている。また、支
持台１に対向して、打撃ハンマ支持台５が配置され、こ
のハンマ支持台５には振り子体６が試料３に向けて揺動
できるように取付られており、振り子体６の上部には打
撃ハンマ７が、また振り子体６の下方にはソレノイドな
どからなるアクチュエータ８が取付られている。そして
振り子体６、ハンマ７、アクチュエータ８により打撃手
段を構成している。前記マイクロホン４およびアクチュ
エータ８は制御機器９に接続され、制御機器には測定結
果を表示する表示手段１０が接続されている。
【０００７】この装置では、所定形状からなる試料３の
一次固有振動モードの節をつり下げ手段を構成するアー
ム２と糸１１とによって吊り下げ、制御機器９からの信
号によってアクチュエータ８を作動させ、振り子手段６
を揺動させ、これによってハンマ７で試料３を打撃し、
その打撃音をマイクロホン４で収集し、制御機器９内で
所定の演算処理を行い、表示手段１０に試料の構造減衰
係数を表示する（詳細は後述する）。なお、前述した支
持台１は試料をつり下げることができる形状であればそ
の形状は任意である。同様にハンマ支持台５も試料を打
撃ハンマで打撃することがあれば、特にその形状には制
約はない。またマイクロホン４の取付箇所も打撃音を正
確に収集できれば、その取付位置には特別な制約はな
い。
一次固有振動モードの節をつり下げ手段を構成するアー
ム２と糸１１とによって吊り下げ、制御機器９からの信
号によってアクチュエータ８を作動させ、振り子手段６
を揺動させ、これによってハンマ７で試料３を打撃し、
その打撃音をマイクロホン４で収集し、制御機器９内で
所定の演算処理を行い、表示手段１０に試料の構造減衰
係数を表示する（詳細は後述する）。なお、前述した支
持台１は試料をつり下げることができる形状であればそ
の形状は任意である。同様にハンマ支持台５も試料を打
撃ハンマで打撃することがあれば、特にその形状には制
約はない。またマイクロホン４の取付箇所も打撃音を正
確に収集できれば、その取付位置には特別な制約はな
い。
【０００８】上記測定装置によって試料の構造減衰係数
の測定方法について説明する。空気中で構造減衰係数を
求めようとすると、一般的には空気抵抗により減衰係数
が高めに求まってしまう。しかし、材料を工夫すれば、
空気抵抗を実質的な問題ない程度にすることができる。
本発明者等は、理論解析により試料を長さ１０ｃｍ、直
径１ｃｍ程度の丸棒とすれれば、空気抵抗は通常の構造
減衰より一桁以上小さくなることを見出した。このた
め、試料としては長さ１０ｃｍ、直径１ｃｍ程度の円柱
状のものを準備する。
の測定方法について説明する。空気中で構造減衰係数を
求めようとすると、一般的には空気抵抗により減衰係数
が高めに求まってしまう。しかし、材料を工夫すれば、
空気抵抗を実質的な問題ない程度にすることができる。
本発明者等は、理論解析により試料を長さ１０ｃｍ、直
径１ｃｍ程度の丸棒とすれれば、空気抵抗は通常の構造
減衰より一桁以上小さくなることを見出した。このた
め、試料としては長さ１０ｃｍ、直径１ｃｍ程度の円柱
状のものを準備する。
【０００９】準備した試料３は、その丸棒の一次固有振
動モードの節点で細い糸１１によりアーム２に吊り下げ
る。この方法は、実験により誤差が小さいことが確認さ
れており、また試料３を糸１１で吊るだけなので操作も
簡単である。打撃音を収集するマイクロホンは、ハンマ
ーに対向する位置に配置されている。これは円柱状試料
が発する音圧は、試料の振動方向でもっとも強く、これ
に直角な方向（試料の鉛直方向および軸方向）で最低と
なるためである。したがって、マイクロホンの設置位置
としては、ハンマーの後方または横でも構わない。これ
らの位置でマイクロホンの出力が最大となることは、発
明者の実験により確認されている。つり下げた試料をア
クチュエータを作動して打撃ハンマによって打撃し、そ
の打撃音を前記マイクロホン４で収集する。マイクロホ
ンを用いて音を測定する手法は、安価であり、材料表面
の反射率なども影響せず、しかも容易である。なお、マ
イクロホン４による測定では、空気による音の減衰や周
囲雑音が問題となる場合があるが、実験の結果、実験室
内では実質的に影響しないことが確認されている。
動モードの節点で細い糸１１によりアーム２に吊り下げ
る。この方法は、実験により誤差が小さいことが確認さ
れており、また試料３を糸１１で吊るだけなので操作も
簡単である。打撃音を収集するマイクロホンは、ハンマ
ーに対向する位置に配置されている。これは円柱状試料
が発する音圧は、試料の振動方向でもっとも強く、これ
に直角な方向（試料の鉛直方向および軸方向）で最低と
なるためである。したがって、マイクロホンの設置位置
としては、ハンマーの後方または横でも構わない。これ
らの位置でマイクロホンの出力が最大となることは、発
明者の実験により確認されている。つり下げた試料をア
クチュエータを作動して打撃ハンマによって打撃し、そ
の打撃音を前記マイクロホン４で収集する。マイクロホ
ンを用いて音を測定する手法は、安価であり、材料表面
の反射率なども影響せず、しかも容易である。なお、マ
イクロホン４による測定では、空気による音の減衰や周
囲雑音が問題となる場合があるが、実験の結果、実験室
内では実質的に影響しないことが確認されている。
【００１０】試料３を打撃振動させた後、マイクロホン
４で収集した音の振動波形をオシロスコープで記録する
（図２参照）。測定精度は測定時間が長いほど高くなる
が、必要メモリも増大するため、本例では振動を適当な
時間を空けて２回に分けて測定し（データを中抜きす
る）構造減衰係数を算出する。本来、振動は連続的であ
り、振動波形は指数関数的に減衰するはずであり、この
ため図２中に示す公知の振動波形の式において、振動の
両端の値があれば、構造減衰係数は算出することが可能
である。本例では、図２中に太線で示した部分のみメモ
リに取り込み、指数関数的に振幅が減衰するとの理論に
基づき、カーブフィット処理により減衰比ζを求め、η
＝２ζにより構造減衰係数ηを決定する。この方法によ
り制御機器内のメモリ量を一桁以上低減できる。
４で収集した音の振動波形をオシロスコープで記録する
（図２参照）。測定精度は測定時間が長いほど高くなる
が、必要メモリも増大するため、本例では振動を適当な
時間を空けて２回に分けて測定し（データを中抜きす
る）構造減衰係数を算出する。本来、振動は連続的であ
り、振動波形は指数関数的に減衰するはずであり、この
ため図２中に示す公知の振動波形の式において、振動の
両端の値があれば、構造減衰係数は算出することが可能
である。本例では、図２中に太線で示した部分のみメモ
リに取り込み、指数関数的に振幅が減衰するとの理論に
基づき、カーブフィット処理により減衰比ζを求め、η
＝２ζにより構造減衰係数ηを決定する。この方法によ
り制御機器内のメモリ量を一桁以上低減できる。
【００１１】なお、構造減衰係数は測定中に空気の圧力
や温度が変化すれば振動振幅が変化し正確な測定ができ
ないが、本装置によりマイクと試料の距離を種々変化さ
せて実験したところ減衰比（構造減衰係数に等価）は、
図３の表に示すようにほぼ一定であった。これより、本
装置を使用し、実験室内の環境であれば実質的に空気の
特性変化は無視してよいと言える。以上のように 本発
明によれば材料の構造減衰係数を従来の測定法に比べ高
精度、簡便、安価に測定することができる。
や温度が変化すれば振動振幅が変化し正確な測定ができ
ないが、本装置によりマイクと試料の距離を種々変化さ
せて実験したところ減衰比（構造減衰係数に等価）は、
図３の表に示すようにほぼ一定であった。これより、本
装置を使用し、実験室内の環境であれば実質的に空気の
特性変化は無視してよいと言える。以上のように 本発
明によれば材料の構造減衰係数を従来の測定法に比べ高
精度、簡便、安価に測定することができる。
【００１２】本発明に係る実施の形態について説明した
が、支持台の形状、ハンマを作動させるアクチュエー
タ、マイクロホン等は、上述した機能を達成できるもの
であれば、それらについては特に制約はなく、また試料
の形状も材料に合わせて適宜変更することも可能であ
る。また、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱
することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのた
め、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず
限定的に解釈してはならない。
が、支持台の形状、ハンマを作動させるアクチュエー
タ、マイクロホン等は、上述した機能を達成できるもの
であれば、それらについては特に制約はなく、また試料
の形状も材料に合わせて適宜変更することも可能であ
る。また、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱
することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのた
め、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず
限定的に解釈してはならない。
【００１３】
【発明の効果】以上の詳細に説明した如く、本発明によ
れば材料の構造減衰係数を周囲環境等に影響されること
なく、容易にかつ精度よく、安価に測定することができ
るという優れた効果を奏することができる。
れば材料の構造減衰係数を周囲環境等に影響されること
なく、容易にかつ精度よく、安価に測定することができ
るという優れた効果を奏することができる。
【図１】本発明の実施形態に係る構造減衰係数の測定装
置の斜視図である。
置の斜視図である。
【図２】本測定装置によって収集した打撃音の振動波形
図である。
図である。
【図３】減衰比の測定結果である。
１ 支持台 ２ アーム ３ 試料 ４ マイクロホン ５ ハンマ支持台 ６ 振り子体 ７ 打撃ハンマ ８ アクチュエータ ９ 制御機器 １０ 表示手段 １１ 糸
Claims (8)
- 【請求項１】試料をつり下げることができる試料つり下
げ手段と、つり下げた試料を打撃する打撃手段と、打撃
音を収集するマイクロホンと、収集した振動波形から試
料の構造減衰係数を求める制御機器と、求めた結果を表
示する表示手段を備えていることを特徴とする構造減衰
係数の測定装置。 - 【請求項２】前記装置装置につり下げる試料は、円柱状
に加工され、その試料の一次固有振動モードの節で吊り
下げられるようにしたことを特徴とする請求項１に記載
の構造減衰係数の測定装置。 - 【請求項３】前記収集した振動波形を間欠的に複数回収
集し、指数関数へのカーブフィットにより構造減衰係数
を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に
記載の構造減衰係数の測定装置。 - 【請求項４】前記マイクロホンは、試料の振動面内に配
置され、かつ最大感度方向が試料の軸直角方向であるこ
とを特徴とする請求項２または請求項３に記載の構造減
衰係数の測定装置。 - 【請求項５】所定の形状に加工された試料を、その試料
の一次固有振動モードの節で糸により吊り下げ、つり下
げた試料を打撃し、発生した打撃音をマイクロホンで収
集し、得られた出力信号を演算処理し、構造減衰係数を
算出することを特徴とする構造減衰係数の測定方法。 - 【請求項６】前記試料は直径が約１ｃｍ、長さが約１０
ｃｍ程度の円柱状に加工されていることを特徴とする請
求項５に記載の構造減衰係数の測定方法。 - 【請求項７】前記出力信号を間欠的に複数回収集し、指
数関数へのカーブフィットにより減衰係数を算出するこ
とを特徴とする請求項５に記載の構造減衰係数の測定方
法。 - 【請求項８】前記マイクロホンは、試料の振動面内に配
置され、かつ最大感度方向が試料の軸直角方向であるこ
とを特徴とする請求項６または請求項７に記載の構造減
衰係数の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000221841A JP2002039853A (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 構造減衰係数の測定装置および測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000221841A JP2002039853A (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 構造減衰係数の測定装置および測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002039853A true JP2002039853A (ja) | 2002-02-06 |
Family
ID=18716175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000221841A Withdrawn JP2002039853A (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 構造減衰係数の測定装置および測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002039853A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007047168A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | General Electric Co <Ge> | 回転機械におけるイベント検出のための信号シグニチャ解析の方法および装置 |
-
2000
- 2000-07-24 JP JP2000221841A patent/JP2002039853A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007047168A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | General Electric Co <Ge> | 回転機械におけるイベント検出のための信号シグニチャ解析の方法および装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071002 |