JP2005037210A - 振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次以上の共振モードのモード周波数においても、また、振動エネルギー損失が大きい測定対象物においても損失係数等の振動エネルギー損失に関する係数を測定することができる測定方法を提供する。
【解決手段】本発明は、測定対象物（Ｔ）の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法であって、測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数を特定するステップと、この特定されたモード周波数の調和関数のバースト波によって測定対象物を加振するステップと、加振された測定対象物の時系列振動波形を採取するステップと、所定の周波数選択フィルター（１２）に、採取された時系列振動波形を通過させるステップと、周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップと、を有することを特徴としている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、測定対象物（Ｔ）の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法であって、測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数を特定するステップと、この特定されたモード周波数の調和関数のバースト波によって測定対象物を加振するステップと、加振された測定対象物の時系列振動波形を採取するステップと、所定の周波数選択フィルター（１２）に、採取された時系列振動波形を通過させるステップと、周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップと、を有することを特徴としている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、損失係数、対数減衰率、減衰比等の、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を測定する振動エネルギー損失に関する係数の測定方法、及び、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非特許文献１には、制振鋼板の振動減衰特性試験方法が記載されている。この非特許文献１においては、損失係数の算出方法として、減衰法、及び、半値幅法が記載されている。
【０００３】
減衰法は、まず、損失係数を測定すべき制振鋼板等の測定対象物を、インパルス加振することによって、図６に示すような減衰振動波形を採取する。次に、この減衰振動波形の極大値の片振幅Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４．．．を求め、これらの値に基づいて、図７に示すような、横軸をＸｋ＋１、縦軸をＸｋとしたグラフ、即ち、点（Ｘ２，Ｘ１）、（Ｘ３，Ｘ２）、（Ｘ４，Ｘ３）．．をプロットしたグラフを作成する。一般に、これらのプロット点は原点を通る直線上に概ね並ぶので、この直線の傾きθを求め、次式により損失係数ηを計算する。
【０００４】
一方、半値幅法は、まず、測定対象物をインパルス加振又はランダム加振し、加振力の時系列波形を力センサで測定し、測定対象物の時系列振動波形を加速度センサ等で測定する。次いで、測定された加振力の時系列波形及び時系列振動波形を、夫々、ＦＦＴアナライザ等で周波数領域に変換し、伝達関数の周波数応答曲線を求める。図８は、得られた周波数応答曲線の損失係数を算出すべき共振モードの共振峰の拡大図である。図８に示すように、共振モードのモード周波数をｆｉ、共振峰の最大値よりも３ｄＢ下がった点における周波数をｆｉ１、ｆｉ２とすると、損失係数ηは次式によって与えられる。
【０００５】
【非特許文献１】
ＪＩＳ Ｇ ０６０２ 制振鋼板の振動減衰特性試験方法
日本規格協会、平成５年１２月１日 制定
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の減衰法においては、測定対象物をインパルス加振しているので、測定対象物の多数の共振モードが同時に励振される。この結果、測定対象物の減衰振動波形には、複数の振動周波数成分が含まれる。一般に、測定対象物の減衰振動波形に含まれる複数の振動周波数の中では、最も周波数の低い一次モードの振動成分が卓越しているので、この減衰振動波形から一次モードの振動周波数における損失係数を求めることができる。しかしながら、減衰法によって、二次モード以上の振動周波数における損失係数を求めることは非常に困難であるという問題がある。
【０００７】
また、半値幅法においては、測定対象物を加振することによって得られた周波数応答曲線に基づいて損失係数を計算しているので、任意のモードの共振周波数における損失係数を計算することができる。しかしながら、半値幅法では、特に損失係数が大きい場合には、原理的に損失係数の測定誤差が大きくなるという問題がある。この原因について以下に説明する。
【０００８】
１自由度振動系における周波数応答曲線ｘ（ｆ）は、静的荷重（周波数０Ｈｚの加振力）に対する変位を１とした場合、次式によって表すことができる。
ここで、ｆは振動周波数、ｆ０はモード周波数、ζ（＝η／２）は減衰比である。従って、周波数応答曲線のピークの値ｘｍａｘは、式（３）のｆにモード周波数ｆ０を代入することによって計算される。
このピークの値から３ｄＢ下がった点、即ち、振幅がピーク値の１／√２になる点の周波数ｆは、次の関係式から求めることができる。
式（５）を変形して、
が得られる。式（６）を（ｆ／ｆ０）について解くと、
となる。従って、振幅がピーク値の１／√２になる点の周波数ｆ１、ｆ２は、
と求めることができる。このようにして得られたｆ０、ｆ１、ｆ２を式（２）のｆｉ、ｆｉ１、ｆｉ２に夫々代入すると、
の関係が得られるので、式（２）を使用して損失係数ηを求めることができる。
【０００９】
しかしながら、式（９）を誘導する過程の式（７）においては、ζ２＝０とする近似を用いている。従って、式（２）を使用して求めた損失係数ηは、ζの値が大きい場合、例えば、ζが０．２よりも大きくなった場合には、誤差が大きくなるという問題がある。また、制振鋼板の制振特性は、近年、特に向上しており、このような制振鋼板の損失係数ηを求める場合には、式（２）を使用した半値幅法では誤差が大きくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、二次以上の共振モードにおいても、モード周波数における損失係数等の振動エネルギー損失に関する係数も測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを目的としている。
【００１１】
また、本発明は、振動エネルギー損失が大きい測定対象物の、損失係数等の振動エネルギー損失に関する係数を精度良く測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法であって、測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数を特定するステップと、この特定されたモード周波数の調和関数のバースト波によって測定対象物を加振するステップと、加振された測定対象物の時系列振動波形を採取するステップと、所定の周波数選択フィルターに、採取された時系列振動波形を通過させるステップと、周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップと、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、まず、測定対象物のもつ共振モードの中の、振動エネルギー損失に関する係数を測定しようとする共振モードのモード周波数を特定する。次に、特定されたモード周波数の正弦波等の調和関数のバースト波の加振力を測定対象物に作用させる。さらに、この加振力によって測定対象物に生じた振動波形を時系列で採取し、この時系列振動波形を、所定の周波数を通過させる周波数選択フィルターに入力する。最後に、周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形をもとに測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を計算する。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、振動エネルギー損失に関する係数を測定しようとする共振モードのモード周波数の調和関数の加振力で、測定対象物を加振するので、所望の共振モードの振動を選択的に励起することができる。さらに、周波数選択フィルターに、測定対象物に生じた振動の波形を通過させるため、不必要な共振モードの影響を排除することができるので、一次の共振モードばかりでなく、二次以上の共振モードの振動エネルギー損失に関する係数も、時系列振動波形をもとに測定することができる。
【００１５】
また、振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップは、時系列振動波形のうちのバースト波による加振が終了した後の減衰波形の複数の極大値及び／又は極小値に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を算出するのが良い。
さらに、本発明の方法に使用する周波数選択フィルターは、ハイパスフィルター又はバンドパスフィルターであるのが良い。
【００１６】
また、好ましくは、本発明の方法に使用するバンドパスフィルターの通過周波数帯域は、測定すべき共振モードの隣接低次の共振モードのモード周波数から、測定すべき共振モードの隣接高次の共振モードのモード周波数の間に選択する。
このように構成された本発明によれば、振動エネルギー損失に関する係数を測定すべき共振モードの振動成分だけを効果的に取り出すことができる。
【００１７】
さらに、本発明の方法の測定対象物を加振するステップは、中央支持加振によって行うのが良い。
このように構成された本発明においては、測定対象物を、その中央で支持し、中央の支持点に加振力を作用させる。
【００１８】
本発明は、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を測定する測定装置であって、測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数の調和関数のバースト波を生成する信号発生手段と、この信号発生手段が発生したバースト波に基づいて、測定対象物を加振する加振手段と、加振された測定対象物の時系列振動波形を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によって検出された時系列振動波形のうちの所定の選択周波数を通過させるフィルター手段と、フィルター手段を通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を計算する演算手段と、を有することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置を説明する。ここでは、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置を使用して、制振鋼板の損失係数を求める場合について説明する。図１は、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、測定対象物である試験片Ｔの伝達関数の周波数応答曲線のグラフである。図３は、信号発生器の出力信号波形のグラフである。また、図４は、加速度センサによって測定された試験片Ｔの加速度振動波形のグラフであり、図５は、バンドパスフィルタに図４の加速度振動波形を通過させて得られた振動波形のグラフである。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置１は、信号発生手段である信号発生器２ａを内蔵したＦＦＴアナライザ２と、信号発生器２ａの出力信号を増幅するパワーアンプ４と、このパワーアンプの出力信号に基づいて試験片Ｔを加振する加振手段である加振器６と、を有する。また、本発明の実施形態の測定装置１は、試験片Ｔの振動を検出する振動検出手段であるインピーダンスヘッド８と、インピーダンスヘッド８が出力した電気信号を増幅するチャージアンプ１０と、このチャージアンプ１０の出力信号の中の所定の選択周波数のみを通過させる周波数選択フィルター手段である２ｃｈフィルター１２と、ＦＦＴアナライザ２によって採取された時系列振動波形をもとに損失係数を計算する演算手段であるパーソナルコンピュータ１４と、を有する。また、一般に、試験片Ｔの制振特性は温度によって変化するので、測定中の試験片Ｔの温度を一定に保つために、恒温槽１６を使用する。
【００２１】
なお、本実施形態においては、試験片Ｔとして、縦３００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ約１ｍｍ、樹脂層の厚さ５０μｍ、質量約０．１ｋｇの新日本製鉄株式会社製制振鋼板、バイブレス（登録商標）を使用している。
ＦＦＴアナライザ２は、入力された電気信号をＡ／Ｄ変換し、変換されたデジタル信号に対して高速フーリエ変換等の演算を行って伝達関数等を計算することができるように構成されている。また、本実施形態においては、ＦＦＴアナライザ２は、調和関数である正弦波形を所定時間切り出したバースト波を出力することができる信号発生器２ａを内蔵している。信号発生器として、ＦＦＴアナライザ２に内蔵されたものではない、単体の信号発生器を使用することもできる。
【００２２】
パワーアンプ４は、加振器６を駆動するために、信号発生器２ａから出力された電圧信号を電力増幅するように構成されている。パワーアンプ４は、加振すべき試験片Ｔの質量、必要な加振エネルギーの大きさ等に応じて任意適当なものを選択することができる。
【００２３】
加振機６は、パワーアンプ４から送り込まれた信号に対応した加振力を試験片Ｔに加えるように構成されている。加振機６の加振力出力部には加振棒６ａが取付けられ、加振棒６ａの先端にはインピーダンスヘッド８が取付けられている。インピーダンスヘッド８は、その検出部が試験片Ｔに取付けられ、検出部に作用する力及び加速度を検出するように構成されている。インピーダンスヘッド８の検出部に加えられた力は、インピーダンスヘッド８に内蔵された力センサ（図示せず）によって電気信号に変換される。また、インピーダンスヘッド８の検出部の加速度は、インピーダンスヘッド８に内蔵された加速度センサ（図示せず）によって電気信号に変換される。なお、本実施形態においては、主に、インピーダンスヘッド８の加速度センサ（図示せず）の出力信号を利用して測定を行っている。また、本実施形態においては、インピーダンスヘッドを使用しているが、インピーダンスヘッドの代りに加速度のみを測定することができる加速度計（図示せず）を使用することもできる。
【００２４】
チャージアンプ１０は、インピーダンスヘッド８から出力された電気信号を増幅するように構成されている。また、使用するインピーダンスヘッドや加速度計の形式によっては、チャージアンプ１０の代りにヘッドアンプ（図示せず）を使用することもでき、また、チャージアンプ等を必要としない場合もある。２ｃｈフィルター１２は、入力された電気信号のうちの所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルター（図示せず）と、所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルター（図示せず）とを内蔵している。本実施形態においては、まず、ローパスフィルター（図示せず）に、チャージアンプ１０の出力信号を通過させ、通過した信号を、ハイパスフィルター（図示せず）に通過させることによって、特定の周波数帯域の信号を取り出している。従って、２ｃｈフィルター１２は、バンドパスフィルターとして機能する。各フィルターは、好ましくは、１２ｄＢ／ｏｃｔ以上の減衰特性を有するものを使用する。本実施形態においては、ローパスフィルター及びハイパスフィルターとして、４８ｄＢ／ｏｃｔの減衰特性を有するものを使用している。また、ローパスフィルター及びハイパスフィルターを通過させる順序は逆にすることもできる。
【００２５】
パーソナルコンピュータ１４は、ＦＦＴアナライザ２によってＡ／Ｄ変換された時系列振動波形をＦＦＴアナライザ２から取り込み、取り込んだ時系列振動波形に基づいて損失係数を計算する。パーソナルコンピュータ１４は、取り込まれた時系列振動波形の中の減衰波形から、所定の極大値を抽出する極大値抽出手段１４ａ、及び、抽出された極大値に基づいて損失係数ηを計算する損失係数計算手段１４ｂとして機能する。これらの機能は、パーソナルコンピュータ１４に、入力インターフェイスボード、及び、損失係数を計算するソフトウエア等を組み込むことによって実現することができる。なお、本実施形態においては、損失係数の測定時には、ＦＦＴアナライザ２の高速フーリエ演算機能は使用せず、ＦＦＴアナライザ２は。専ら時系列波形をＡ／Ｄ変換して採取するために使用されている。従って、ＦＦＴアナライザ２及びパーソナルコンピュータ１４を使用する代りに、パーソナルコンピュータ１４にＡ／Ｄ変換ボード等を組み込むことによって、これらの機能を実現することもできる。
恒温槽１６は、測定中の試験片Ｔを入れることができる大きさのものを使用する。恒温槽１６の設定温度は、必要な測定に合わせて選択する。
【００２６】
次に、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置１の作用を説明する。まず、ＦＦＴアナライザ２、パワーアンプ４、加振器６、インピーダンスヘッド８、チャージアンプ１０、２ｃｈフィルター１２、及びパーソナルコンピュータ１４を、図１のように接続する。次いで、長方形板状の試験片Ｔの中心をインピーダンスヘッド８の検出部にビス止めする。試験片Ｔは、インピーダンスヘッド８及び加振棒６ａを介して、加振器６に連結され、支持され、加振器６によって加振力を加えられるので、中央支持加振されることになる。さらに、加振器６に連結された試験片Ｔを恒温槽１６に入れる。この際、恒温槽１６の中に入れるのは、試験片Ｔ及びそれに取付けられたインピーダンスヘッド８のみでも良いし、或いは、試験片Ｔ、インピーダンスヘッド８、加振器６をすべて恒温槽１６の中に入れても良い。
【００２７】
次に、試験片Ｔの共振モードのモード周波数を測定する。まず、信号発生器２ａからランダム波形を出力し、パワーアンプ４、加振器６を介して試験片Ｔをランダム加振する。試験片Ｔに加えられた加振力及び加振点における試験片Ｔの加速度をインピーダンスヘッド８によって検出する。インピーダンスヘッド８から出力された力信号、加速度信号は、チャージアンプ１０を介してＦＦＴアナライザ２に入力される。ＦＦＴアナライザ２は、入力された力信号、加速度信号を高速フーリエ変換し、試験片Ｔの伝達関数の周波数応答曲線を計算する。図２は、求められた伝達関数の周波数応答曲線を示す。
【００２８】
図２を見ると、周波数応答曲線には、約５０Ｈｚ、２６０Ｈｚ、６００Ｈｚにピークが見られ、これらのモード周波数を有する共振モードが存在することが分かる。本実施形態においては、このように、試験片Ｔをランダム加振し、伝達関数を求めることによって共振モードのモード周波数を特定したが、任意適当な他の方法を用いてモード周波数を特定することができる。例えば、正弦波の周波数スイープ加振等によってモード周波数を実験的に求めても良いし、あるいは、解析的に、又は有限要素法等を使用して理論的にモード周波数を求めることもできる。
【００２９】
ここでは、一例として、前記の通り求められた２次モードである２６０Ｈｚの共振モードにおける損失係数ηを測定する場合について説明する。まず、ＦＦＴアナライザ２に内蔵された信号発生器２ａを、２６０Ｈｚの正弦波形のバースト波形を出力するようにセットする。図３は、信号発生器２ａの出力波形の一例を示す。図３に示すように、本実施形態では、信号発生器２ａは、２６０Ｈｚの正弦波を７周期分出力している。しかしながら、正弦波を出力する周期の数は任意に定めることができ、また、加振に使用する波形も、測定すべき共振モードのモード周波数の成分のみを含む波形であれば、正弦波以外の任意の調和関数の波形を使用することができる。また、波形をバースト信号として出力する時間も、任意に選択することができる。好ましくは、図３に示すように、バースト波形の終点が０になるようにバースト波の出力時間を設定する。また、バースト波は、加振によって生じる試験片Ｔの振動波形が安定するまでの期間、出力が持続されるように設定するのが良い。なお、本明細書において、測定すべき共振モードのモード周波数の調和関数とは、周波数が共振モードのモード周波数に近似した調和関数すべてを含み、必ずしも周波数がモード周波数に完全に一致していなくても良い。
【００３０】
次に、２ｃｈフィルター１２によって選択する周波数帯域を設定する。好ましくは、２ｃｈフィルター１２によって選択する周波数帯域は、測定すべき共振モードのモード周波数を含み、且つ、測定すべき共振モードの隣接低次の共振モードのモード周波数から、測定すべき共振モードの隣接高次のモード周波数の間で選択する。従って、ここで説明する例では、５０〜６００Ｈｚの間で、測定すべき共振モードのモード周波数である２６０Ｈｚを含むように、選択することができる。また、さらに好ましくは、測定すべき共振モードに隣接した低周波数側のディップの周波数から、測定すべき共振モードに隣接した高周波数側のディップの周波数の間で選択する。図２に示した周波数応答曲線では、２６０Ｈｚよりも下の１９０Ｈｚにディップがあり、また、２６０Ｈｚよりも上の４８０Ｈｚにもディップがあるので、１９０〜４８０Ｈｚの周波数成分を通過させるように２ｃｈフィルター１２を設定する。従って、２ｃｈフィルター１２に内蔵されたハイパスフィルター（図示せず）を１９０Ｈｚ以上の周波数の信号を通過させるように設定する。さらに、ローパスフィルター（図示せず）を４８０Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させるように設定する。これにより、２ｃｈフィルター１２のハイパスフィルターを通過し、続いて、ローパスフィルターを通過した信号には、１９０〜４８０Ｈｚの周波数成分が含まれることになる。
【００３１】
各装置の設定が終了した後、信号発生器２ａから信号を出力させ、試験片Ｔを加振する。信号発生器２ａの出力信号は、パワーアンプ４によって増幅され、加振器６に入力される。加振器６は、加振棒６ａ、インピーダンスヘッド８を介して、信号発生器２ａの出力信号に対応した力を試験片Ｔに作用させる。インピーダンスヘッド８に内蔵された加速度センサ（図示せず）は、加振点における試験片Ｔの振動加速度を検出する。チャージアンプ１０は、インピーダンスヘッド８が出力した電荷を電圧信号に変換して２ｃｈフィルター１２に出力する。図４は、チャージアンプ１０の出力波形の一例を示す。図４を見ると、加振点における試験片Ｔの振動加速度は、加振器６による正弦波状の加振力に合わせて約７周期振動し、加振終了後は、振幅が次第に小さくなる減衰波形を描いていることがわかる。
【００３２】
チャージアンプ１０の出力信号は、まず、２ｃｈフィルター１２のハイパスフィルターに入力され、１９０Ｈｚ以下の周波数成分が除去される。ハイパスフィルターを通過した信号は、続いてローパスフィルターに入力され、４８０Ｈｚ以上の周波数成分が除去される。このため、２ｃｈフィルター１２を通過した信号には、１９０〜４８０Ｈｚの周波数成分が含まれる。図５は、２ｃｈフィルター１２の出力信号の一例を示す。図５を見ると、加振終了後の減衰振動波形が、一自由度系の理論的な減衰自由振動波形に近づいていることがわかる。これは、２ｃｈフィルター１２により二次の共振モード以外の共振モードの振動成分が除去されたためと考えられる。
【００３３】
２ｃｈフィルター１２の出力信号は、ＦＦＴアナライザ２に入力され、ＦＦＴアナライザ２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器（図示せず）によって、デジタルデータに変換される。このデジタルデータは、ＦＦＴアナライザ２に内蔵されたメモリ（図示せず）に一時的に記憶され、パーソナルコンピュータ１４に内蔵された入力インターフェイスボード（図示せず）を介してパーソナルコンピュータ１４に取り込まれる。パーソナルコンピュータ１４内に実現されている極大値抽出手段１４ａは、図５に四角形でプロットされている減衰振動波形の極大値ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｕ４．．．の値を抽出する。
【００３４】
極大値の抽出は、加振器６による加振が終了する時間を予めパーソナルコンピュータ１４に入力しておき、入力された時間以降に現れる所定数の極大値の値をプログラムで探索することによって行なわれる。或いは、パーソナルコンピュータ１４に取り込まれた時系列振動波形をディスプレイに表示し、選択すべき極大値の点をマウスでクリックするように構成することもできる。また、抽出すべき極大値を、取り込まれた時系列振動波形の中からプログラムで自動的に探索するように構成することもできる。
【００３５】
パーソナルコンピュータ１４内に実現されている損失係数計算手段１４ｂは、抽出された極大値を次式に代入して対数減衰率δを計算する。
次いで、計算された対数減衰率δを次式に代入することによって損失係数ηを計算する。
計算された損失係数ηは、パーソナルコンピュータ１４のディスプレイ（図示せず）に表示される。
【００３６】
ここで、式（１０）によって計算されるｌｎ（ｕ１／ｕ２），ｌｎ（ｕ２／ｕ３），ｌｎ（ｕ３／ｕ４）．．．の各値は理論的には一致するが、実験データを元に各値を計算した場合には、一般に、それらの値は一致しない。そこで、本実施形態では、これらの値を平均して対数減衰率δを求めている。或いは、点（ｕ２，ｕ１）、（ｕ３，ｕ２）、（ｕ４，ｕ３）．．．を、図７のようにプロットし、これらの点の近傍を通る直線を最小２乗法等によって求め、その直線の傾きθから式（１）を使用して損失係数ηを計算しても良い。
【００３７】
また、上記手順では、極大値のみを使用して損失係数ηを算出しているが、極大値及び極小値を使用して、減衰振動波形の両振幅をもとに損失係数ηを計算することもできる。即ち、図７に三角形でプロットした極小値の絶対値をｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４．．．として、
により対数減衰率δを計算し、式（１１）により損失係数ηを求めることもできる。
【００３８】
本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置によれば、損失係数を測定すべきモード周波数の正弦波のバースト信号によって測定対象物を加振するので、二次以上の共振モードにおいても、測定すべきモードの振動を効果的に発生させることができる。
【００３９】
また、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置によれば、インピーダンスヘッドによって測定された加速度振動波形を、バンドパスフィルターに通過させるので、他の共振モードの影響を受けることなく、精度良く測定すべき共振モードの減衰振動波形を採取することができる。
【００４０】
さらに、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置によれば、振動エネルギー損失に関する係数の計算に、半値幅法のような近似式を使用していないので、測定対象物の振動エネルギー損失が大きい場合にも精度良く損失係数を求めることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、制振鋼板の損失係数ηを求める場合について説明したが、他の任意の物を測定対象物とすることができる。また、上述した実施形態では損失係数ηを求めているが、本発明を使用して、損失係数ηをもとに直接的又は間接的に換算、変換することができる実質的に振動エネルギー損失に関係した任意の係数を求めることができる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、加速度計によって測定された、時系列の加速度振動波形に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を求めているが、変位計によって測定された時系列の変位振動波形、速度計によって測定された時系列の速度振動波形等、任意の時系列振動波形に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を求めることができる。
【００４３】
さらに、上述した実施形態においては、減衰波形の極大値に基づいて損失係数を求めているが、同様の手順で、減衰波形の極小値をもとに損失係数を求めることもできる。
また、上述した実施形態では、測定された時系列振動波形を、バンドパスフィルターに通過させていたが、測定すべき共振モードよりも高次の共振モードの影響が少ない場合には、バンドパスフィルターの代りにハイパスフィルターを使用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置によれば、二次以上の共振モードにおいても、モード周波数における振動エネルギー損失に関する係数を測定することができる。
また、本発明の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置によれば、振動エネルギー損失が大きい測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】測定対象物である試験片の伝達関数の周波数応答曲線のグラフである。
【図３】信号発生器の出力信号波形のグラフである。
【図４】加速度センサによって測定された試験片の加速度振動波形のグラフである。
【図５】図４の加速度振動波形をバンドパスフィルタに通過させて得られた振動波形のグラフである。
【図６】従来のインパルス加振による減衰振動波形のグラフである。
【図７】図６の減衰振動波形の極大値をプロットしたグラフである。
【図８】従来の周波数応答曲線の損失係数を算出すべき共振モードの共振峰の拡大図である。
【符号の説明】
Ｔ 試験片
１ 本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置
２ ＦＦＴアナライザ
２ａ 信号発生器
４ パワーアンプ
６ 加振器
６ａ 加振棒
８ インピーダンスヘッド
１０ チャージアンプ
１２ ２ｃｈフィルター
１４ パーソナルコンピュータ
１４ａ 極大値抽出手段
１４ｂ 損失係数計算手段
１６ 恒温槽
【発明の属する技術分野】
本発明は、損失係数、対数減衰率、減衰比等の、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を測定する振動エネルギー損失に関する係数の測定方法、及び、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非特許文献１には、制振鋼板の振動減衰特性試験方法が記載されている。この非特許文献１においては、損失係数の算出方法として、減衰法、及び、半値幅法が記載されている。
【０００３】
減衰法は、まず、損失係数を測定すべき制振鋼板等の測定対象物を、インパルス加振することによって、図６に示すような減衰振動波形を採取する。次に、この減衰振動波形の極大値の片振幅Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４．．．を求め、これらの値に基づいて、図７に示すような、横軸をＸｋ＋１、縦軸をＸｋとしたグラフ、即ち、点（Ｘ２，Ｘ１）、（Ｘ３，Ｘ２）、（Ｘ４，Ｘ３）．．をプロットしたグラフを作成する。一般に、これらのプロット点は原点を通る直線上に概ね並ぶので、この直線の傾きθを求め、次式により損失係数ηを計算する。
一方、半値幅法は、まず、測定対象物をインパルス加振又はランダム加振し、加振力の時系列波形を力センサで測定し、測定対象物の時系列振動波形を加速度センサ等で測定する。次いで、測定された加振力の時系列波形及び時系列振動波形を、夫々、ＦＦＴアナライザ等で周波数領域に変換し、伝達関数の周波数応答曲線を求める。図８は、得られた周波数応答曲線の損失係数を算出すべき共振モードの共振峰の拡大図である。図８に示すように、共振モードのモード周波数をｆｉ、共振峰の最大値よりも３ｄＢ下がった点における周波数をｆｉ１、ｆｉ２とすると、損失係数ηは次式によって与えられる。
【非特許文献１】
ＪＩＳ Ｇ ０６０２ 制振鋼板の振動減衰特性試験方法
日本規格協会、平成５年１２月１日 制定
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の減衰法においては、測定対象物をインパルス加振しているので、測定対象物の多数の共振モードが同時に励振される。この結果、測定対象物の減衰振動波形には、複数の振動周波数成分が含まれる。一般に、測定対象物の減衰振動波形に含まれる複数の振動周波数の中では、最も周波数の低い一次モードの振動成分が卓越しているので、この減衰振動波形から一次モードの振動周波数における損失係数を求めることができる。しかしながら、減衰法によって、二次モード以上の振動周波数における損失係数を求めることは非常に困難であるという問題がある。
【０００７】
また、半値幅法においては、測定対象物を加振することによって得られた周波数応答曲線に基づいて損失係数を計算しているので、任意のモードの共振周波数における損失係数を計算することができる。しかしながら、半値幅法では、特に損失係数が大きい場合には、原理的に損失係数の測定誤差が大きくなるという問題がある。この原因について以下に説明する。
【０００８】
１自由度振動系における周波数応答曲線ｘ（ｆ）は、静的荷重（周波数０Ｈｚの加振力）に対する変位を１とした場合、次式によって表すことができる。
【０００９】
しかしながら、式（９）を誘導する過程の式（７）においては、ζ２＝０とする近似を用いている。従って、式（２）を使用して求めた損失係数ηは、ζの値が大きい場合、例えば、ζが０．２よりも大きくなった場合には、誤差が大きくなるという問題がある。また、制振鋼板の制振特性は、近年、特に向上しており、このような制振鋼板の損失係数ηを求める場合には、式（２）を使用した半値幅法では誤差が大きくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、二次以上の共振モードにおいても、モード周波数における損失係数等の振動エネルギー損失に関する係数も測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを目的としている。
【００１１】
また、本発明は、振動エネルギー損失が大きい測定対象物の、損失係数等の振動エネルギー損失に関する係数を精度良く測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法であって、測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数を特定するステップと、この特定されたモード周波数の調和関数のバースト波によって測定対象物を加振するステップと、加振された測定対象物の時系列振動波形を採取するステップと、所定の周波数選択フィルターに、採取された時系列振動波形を通過させるステップと、周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップと、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、まず、測定対象物のもつ共振モードの中の、振動エネルギー損失に関する係数を測定しようとする共振モードのモード周波数を特定する。次に、特定されたモード周波数の正弦波等の調和関数のバースト波の加振力を測定対象物に作用させる。さらに、この加振力によって測定対象物に生じた振動波形を時系列で採取し、この時系列振動波形を、所定の周波数を通過させる周波数選択フィルターに入力する。最後に、周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形をもとに測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を計算する。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、振動エネルギー損失に関する係数を測定しようとする共振モードのモード周波数の調和関数の加振力で、測定対象物を加振するので、所望の共振モードの振動を選択的に励起することができる。さらに、周波数選択フィルターに、測定対象物に生じた振動の波形を通過させるため、不必要な共振モードの影響を排除することができるので、一次の共振モードばかりでなく、二次以上の共振モードの振動エネルギー損失に関する係数も、時系列振動波形をもとに測定することができる。
【００１５】
また、振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップは、時系列振動波形のうちのバースト波による加振が終了した後の減衰波形の複数の極大値及び／又は極小値に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を算出するのが良い。
さらに、本発明の方法に使用する周波数選択フィルターは、ハイパスフィルター又はバンドパスフィルターであるのが良い。
【００１６】
また、好ましくは、本発明の方法に使用するバンドパスフィルターの通過周波数帯域は、測定すべき共振モードの隣接低次の共振モードのモード周波数から、測定すべき共振モードの隣接高次の共振モードのモード周波数の間に選択する。
このように構成された本発明によれば、振動エネルギー損失に関する係数を測定すべき共振モードの振動成分だけを効果的に取り出すことができる。
【００１７】
さらに、本発明の方法の測定対象物を加振するステップは、中央支持加振によって行うのが良い。
このように構成された本発明においては、測定対象物を、その中央で支持し、中央の支持点に加振力を作用させる。
【００１８】
本発明は、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を測定する測定装置であって、測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数の調和関数のバースト波を生成する信号発生手段と、この信号発生手段が発生したバースト波に基づいて、測定対象物を加振する加振手段と、加振された測定対象物の時系列振動波形を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によって検出された時系列振動波形のうちの所定の選択周波数を通過させるフィルター手段と、フィルター手段を通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を計算する演算手段と、を有することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置を説明する。ここでは、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置を使用して、制振鋼板の損失係数を求める場合について説明する。図１は、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、測定対象物である試験片Ｔの伝達関数の周波数応答曲線のグラフである。図３は、信号発生器の出力信号波形のグラフである。また、図４は、加速度センサによって測定された試験片Ｔの加速度振動波形のグラフであり、図５は、バンドパスフィルタに図４の加速度振動波形を通過させて得られた振動波形のグラフである。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置１は、信号発生手段である信号発生器２ａを内蔵したＦＦＴアナライザ２と、信号発生器２ａの出力信号を増幅するパワーアンプ４と、このパワーアンプの出力信号に基づいて試験片Ｔを加振する加振手段である加振器６と、を有する。また、本発明の実施形態の測定装置１は、試験片Ｔの振動を検出する振動検出手段であるインピーダンスヘッド８と、インピーダンスヘッド８が出力した電気信号を増幅するチャージアンプ１０と、このチャージアンプ１０の出力信号の中の所定の選択周波数のみを通過させる周波数選択フィルター手段である２ｃｈフィルター１２と、ＦＦＴアナライザ２によって採取された時系列振動波形をもとに損失係数を計算する演算手段であるパーソナルコンピュータ１４と、を有する。また、一般に、試験片Ｔの制振特性は温度によって変化するので、測定中の試験片Ｔの温度を一定に保つために、恒温槽１６を使用する。
【００２１】
なお、本実施形態においては、試験片Ｔとして、縦３００ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ約１ｍｍ、樹脂層の厚さ５０μｍ、質量約０．１ｋｇの新日本製鉄株式会社製制振鋼板、バイブレス（登録商標）を使用している。
ＦＦＴアナライザ２は、入力された電気信号をＡ／Ｄ変換し、変換されたデジタル信号に対して高速フーリエ変換等の演算を行って伝達関数等を計算することができるように構成されている。また、本実施形態においては、ＦＦＴアナライザ２は、調和関数である正弦波形を所定時間切り出したバースト波を出力することができる信号発生器２ａを内蔵している。信号発生器として、ＦＦＴアナライザ２に内蔵されたものではない、単体の信号発生器を使用することもできる。
【００２２】
パワーアンプ４は、加振器６を駆動するために、信号発生器２ａから出力された電圧信号を電力増幅するように構成されている。パワーアンプ４は、加振すべき試験片Ｔの質量、必要な加振エネルギーの大きさ等に応じて任意適当なものを選択することができる。
【００２３】
加振機６は、パワーアンプ４から送り込まれた信号に対応した加振力を試験片Ｔに加えるように構成されている。加振機６の加振力出力部には加振棒６ａが取付けられ、加振棒６ａの先端にはインピーダンスヘッド８が取付けられている。インピーダンスヘッド８は、その検出部が試験片Ｔに取付けられ、検出部に作用する力及び加速度を検出するように構成されている。インピーダンスヘッド８の検出部に加えられた力は、インピーダンスヘッド８に内蔵された力センサ（図示せず）によって電気信号に変換される。また、インピーダンスヘッド８の検出部の加速度は、インピーダンスヘッド８に内蔵された加速度センサ（図示せず）によって電気信号に変換される。なお、本実施形態においては、主に、インピーダンスヘッド８の加速度センサ（図示せず）の出力信号を利用して測定を行っている。また、本実施形態においては、インピーダンスヘッドを使用しているが、インピーダンスヘッドの代りに加速度のみを測定することができる加速度計（図示せず）を使用することもできる。
【００２４】
チャージアンプ１０は、インピーダンスヘッド８から出力された電気信号を増幅するように構成されている。また、使用するインピーダンスヘッドや加速度計の形式によっては、チャージアンプ１０の代りにヘッドアンプ（図示せず）を使用することもでき、また、チャージアンプ等を必要としない場合もある。２ｃｈフィルター１２は、入力された電気信号のうちの所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルター（図示せず）と、所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルター（図示せず）とを内蔵している。本実施形態においては、まず、ローパスフィルター（図示せず）に、チャージアンプ１０の出力信号を通過させ、通過した信号を、ハイパスフィルター（図示せず）に通過させることによって、特定の周波数帯域の信号を取り出している。従って、２ｃｈフィルター１２は、バンドパスフィルターとして機能する。各フィルターは、好ましくは、１２ｄＢ／ｏｃｔ以上の減衰特性を有するものを使用する。本実施形態においては、ローパスフィルター及びハイパスフィルターとして、４８ｄＢ／ｏｃｔの減衰特性を有するものを使用している。また、ローパスフィルター及びハイパスフィルターを通過させる順序は逆にすることもできる。
【００２５】
パーソナルコンピュータ１４は、ＦＦＴアナライザ２によってＡ／Ｄ変換された時系列振動波形をＦＦＴアナライザ２から取り込み、取り込んだ時系列振動波形に基づいて損失係数を計算する。パーソナルコンピュータ１４は、取り込まれた時系列振動波形の中の減衰波形から、所定の極大値を抽出する極大値抽出手段１４ａ、及び、抽出された極大値に基づいて損失係数ηを計算する損失係数計算手段１４ｂとして機能する。これらの機能は、パーソナルコンピュータ１４に、入力インターフェイスボード、及び、損失係数を計算するソフトウエア等を組み込むことによって実現することができる。なお、本実施形態においては、損失係数の測定時には、ＦＦＴアナライザ２の高速フーリエ演算機能は使用せず、ＦＦＴアナライザ２は。専ら時系列波形をＡ／Ｄ変換して採取するために使用されている。従って、ＦＦＴアナライザ２及びパーソナルコンピュータ１４を使用する代りに、パーソナルコンピュータ１４にＡ／Ｄ変換ボード等を組み込むことによって、これらの機能を実現することもできる。
恒温槽１６は、測定中の試験片Ｔを入れることができる大きさのものを使用する。恒温槽１６の設定温度は、必要な測定に合わせて選択する。
【００２６】
次に、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置１の作用を説明する。まず、ＦＦＴアナライザ２、パワーアンプ４、加振器６、インピーダンスヘッド８、チャージアンプ１０、２ｃｈフィルター１２、及びパーソナルコンピュータ１４を、図１のように接続する。次いで、長方形板状の試験片Ｔの中心をインピーダンスヘッド８の検出部にビス止めする。試験片Ｔは、インピーダンスヘッド８及び加振棒６ａを介して、加振器６に連結され、支持され、加振器６によって加振力を加えられるので、中央支持加振されることになる。さらに、加振器６に連結された試験片Ｔを恒温槽１６に入れる。この際、恒温槽１６の中に入れるのは、試験片Ｔ及びそれに取付けられたインピーダンスヘッド８のみでも良いし、或いは、試験片Ｔ、インピーダンスヘッド８、加振器６をすべて恒温槽１６の中に入れても良い。
【００２７】
次に、試験片Ｔの共振モードのモード周波数を測定する。まず、信号発生器２ａからランダム波形を出力し、パワーアンプ４、加振器６を介して試験片Ｔをランダム加振する。試験片Ｔに加えられた加振力及び加振点における試験片Ｔの加速度をインピーダンスヘッド８によって検出する。インピーダンスヘッド８から出力された力信号、加速度信号は、チャージアンプ１０を介してＦＦＴアナライザ２に入力される。ＦＦＴアナライザ２は、入力された力信号、加速度信号を高速フーリエ変換し、試験片Ｔの伝達関数の周波数応答曲線を計算する。図２は、求められた伝達関数の周波数応答曲線を示す。
【００２８】
図２を見ると、周波数応答曲線には、約５０Ｈｚ、２６０Ｈｚ、６００Ｈｚにピークが見られ、これらのモード周波数を有する共振モードが存在することが分かる。本実施形態においては、このように、試験片Ｔをランダム加振し、伝達関数を求めることによって共振モードのモード周波数を特定したが、任意適当な他の方法を用いてモード周波数を特定することができる。例えば、正弦波の周波数スイープ加振等によってモード周波数を実験的に求めても良いし、あるいは、解析的に、又は有限要素法等を使用して理論的にモード周波数を求めることもできる。
【００２９】
ここでは、一例として、前記の通り求められた２次モードである２６０Ｈｚの共振モードにおける損失係数ηを測定する場合について説明する。まず、ＦＦＴアナライザ２に内蔵された信号発生器２ａを、２６０Ｈｚの正弦波形のバースト波形を出力するようにセットする。図３は、信号発生器２ａの出力波形の一例を示す。図３に示すように、本実施形態では、信号発生器２ａは、２６０Ｈｚの正弦波を７周期分出力している。しかしながら、正弦波を出力する周期の数は任意に定めることができ、また、加振に使用する波形も、測定すべき共振モードのモード周波数の成分のみを含む波形であれば、正弦波以外の任意の調和関数の波形を使用することができる。また、波形をバースト信号として出力する時間も、任意に選択することができる。好ましくは、図３に示すように、バースト波形の終点が０になるようにバースト波の出力時間を設定する。また、バースト波は、加振によって生じる試験片Ｔの振動波形が安定するまでの期間、出力が持続されるように設定するのが良い。なお、本明細書において、測定すべき共振モードのモード周波数の調和関数とは、周波数が共振モードのモード周波数に近似した調和関数すべてを含み、必ずしも周波数がモード周波数に完全に一致していなくても良い。
【００３０】
次に、２ｃｈフィルター１２によって選択する周波数帯域を設定する。好ましくは、２ｃｈフィルター１２によって選択する周波数帯域は、測定すべき共振モードのモード周波数を含み、且つ、測定すべき共振モードの隣接低次の共振モードのモード周波数から、測定すべき共振モードの隣接高次のモード周波数の間で選択する。従って、ここで説明する例では、５０〜６００Ｈｚの間で、測定すべき共振モードのモード周波数である２６０Ｈｚを含むように、選択することができる。また、さらに好ましくは、測定すべき共振モードに隣接した低周波数側のディップの周波数から、測定すべき共振モードに隣接した高周波数側のディップの周波数の間で選択する。図２に示した周波数応答曲線では、２６０Ｈｚよりも下の１９０Ｈｚにディップがあり、また、２６０Ｈｚよりも上の４８０Ｈｚにもディップがあるので、１９０〜４８０Ｈｚの周波数成分を通過させるように２ｃｈフィルター１２を設定する。従って、２ｃｈフィルター１２に内蔵されたハイパスフィルター（図示せず）を１９０Ｈｚ以上の周波数の信号を通過させるように設定する。さらに、ローパスフィルター（図示せず）を４８０Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させるように設定する。これにより、２ｃｈフィルター１２のハイパスフィルターを通過し、続いて、ローパスフィルターを通過した信号には、１９０〜４８０Ｈｚの周波数成分が含まれることになる。
【００３１】
各装置の設定が終了した後、信号発生器２ａから信号を出力させ、試験片Ｔを加振する。信号発生器２ａの出力信号は、パワーアンプ４によって増幅され、加振器６に入力される。加振器６は、加振棒６ａ、インピーダンスヘッド８を介して、信号発生器２ａの出力信号に対応した力を試験片Ｔに作用させる。インピーダンスヘッド８に内蔵された加速度センサ（図示せず）は、加振点における試験片Ｔの振動加速度を検出する。チャージアンプ１０は、インピーダンスヘッド８が出力した電荷を電圧信号に変換して２ｃｈフィルター１２に出力する。図４は、チャージアンプ１０の出力波形の一例を示す。図４を見ると、加振点における試験片Ｔの振動加速度は、加振器６による正弦波状の加振力に合わせて約７周期振動し、加振終了後は、振幅が次第に小さくなる減衰波形を描いていることがわかる。
【００３２】
チャージアンプ１０の出力信号は、まず、２ｃｈフィルター１２のハイパスフィルターに入力され、１９０Ｈｚ以下の周波数成分が除去される。ハイパスフィルターを通過した信号は、続いてローパスフィルターに入力され、４８０Ｈｚ以上の周波数成分が除去される。このため、２ｃｈフィルター１２を通過した信号には、１９０〜４８０Ｈｚの周波数成分が含まれる。図５は、２ｃｈフィルター１２の出力信号の一例を示す。図５を見ると、加振終了後の減衰振動波形が、一自由度系の理論的な減衰自由振動波形に近づいていることがわかる。これは、２ｃｈフィルター１２により二次の共振モード以外の共振モードの振動成分が除去されたためと考えられる。
【００３３】
２ｃｈフィルター１２の出力信号は、ＦＦＴアナライザ２に入力され、ＦＦＴアナライザ２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器（図示せず）によって、デジタルデータに変換される。このデジタルデータは、ＦＦＴアナライザ２に内蔵されたメモリ（図示せず）に一時的に記憶され、パーソナルコンピュータ１４に内蔵された入力インターフェイスボード（図示せず）を介してパーソナルコンピュータ１４に取り込まれる。パーソナルコンピュータ１４内に実現されている極大値抽出手段１４ａは、図５に四角形でプロットされている減衰振動波形の極大値ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｕ４．．．の値を抽出する。
【００３４】
極大値の抽出は、加振器６による加振が終了する時間を予めパーソナルコンピュータ１４に入力しておき、入力された時間以降に現れる所定数の極大値の値をプログラムで探索することによって行なわれる。或いは、パーソナルコンピュータ１４に取り込まれた時系列振動波形をディスプレイに表示し、選択すべき極大値の点をマウスでクリックするように構成することもできる。また、抽出すべき極大値を、取り込まれた時系列振動波形の中からプログラムで自動的に探索するように構成することもできる。
【００３５】
パーソナルコンピュータ１４内に実現されている損失係数計算手段１４ｂは、抽出された極大値を次式に代入して対数減衰率δを計算する。
【００３６】
ここで、式（１０）によって計算されるｌｎ（ｕ１／ｕ２），ｌｎ（ｕ２／ｕ３），ｌｎ（ｕ３／ｕ４）．．．の各値は理論的には一致するが、実験データを元に各値を計算した場合には、一般に、それらの値は一致しない。そこで、本実施形態では、これらの値を平均して対数減衰率δを求めている。或いは、点（ｕ２，ｕ１）、（ｕ３，ｕ２）、（ｕ４，ｕ３）．．．を、図７のようにプロットし、これらの点の近傍を通る直線を最小２乗法等によって求め、その直線の傾きθから式（１）を使用して損失係数ηを計算しても良い。
【００３７】
また、上記手順では、極大値のみを使用して損失係数ηを算出しているが、極大値及び極小値を使用して、減衰振動波形の両振幅をもとに損失係数ηを計算することもできる。即ち、図７に三角形でプロットした極小値の絶対値をｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４．．．として、
【００３８】
本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置によれば、損失係数を測定すべきモード周波数の正弦波のバースト信号によって測定対象物を加振するので、二次以上の共振モードにおいても、測定すべきモードの振動を効果的に発生させることができる。
【００３９】
また、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置によれば、インピーダンスヘッドによって測定された加速度振動波形を、バンドパスフィルターに通過させるので、他の共振モードの影響を受けることなく、精度良く測定すべき共振モードの減衰振動波形を採取することができる。
【００４０】
さらに、本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置によれば、振動エネルギー損失に関する係数の計算に、半値幅法のような近似式を使用していないので、測定対象物の振動エネルギー損失が大きい場合にも精度良く損失係数を求めることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、制振鋼板の損失係数ηを求める場合について説明したが、他の任意の物を測定対象物とすることができる。また、上述した実施形態では損失係数ηを求めているが、本発明を使用して、損失係数ηをもとに直接的又は間接的に換算、変換することができる実質的に振動エネルギー損失に関係した任意の係数を求めることができる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、加速度計によって測定された、時系列の加速度振動波形に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を求めているが、変位計によって測定された時系列の変位振動波形、速度計によって測定された時系列の速度振動波形等、任意の時系列振動波形に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を求めることができる。
【００４３】
さらに、上述した実施形態においては、減衰波形の極大値に基づいて損失係数を求めているが、同様の手順で、減衰波形の極小値をもとに損失係数を求めることもできる。
また、上述した実施形態では、測定された時系列振動波形を、バンドパスフィルターに通過させていたが、測定すべき共振モードよりも高次の共振モードの影響が少ない場合には、バンドパスフィルターの代りにハイパスフィルターを使用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置によれば、二次以上の共振モードにおいても、モード周波数における振動エネルギー損失に関する係数を測定することができる。
また、本発明の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法及び装置によれば、振動エネルギー損失が大きい測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】測定対象物である試験片の伝達関数の周波数応答曲線のグラフである。
【図３】信号発生器の出力信号波形のグラフである。
【図４】加速度センサによって測定された試験片の加速度振動波形のグラフである。
【図５】図４の加速度振動波形をバンドパスフィルタに通過させて得られた振動波形のグラフである。
【図６】従来のインパルス加振による減衰振動波形のグラフである。
【図７】図６の減衰振動波形の極大値をプロットしたグラフである。
【図８】従来の周波数応答曲線の損失係数を算出すべき共振モードの共振峰の拡大図である。
【符号の説明】
Ｔ 試験片
１ 本発明の実施形態の振動エネルギー損失に関する係数の測定装置
２ ＦＦＴアナライザ
２ａ 信号発生器
４ パワーアンプ
６ 加振器
６ａ 加振棒
８ インピーダンスヘッド
１０ チャージアンプ
１２ ２ｃｈフィルター
１４ パーソナルコンピュータ
１４ａ 極大値抽出手段
１４ｂ 損失係数計算手段
１６ 恒温槽
Claims (6)
- 測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数の測定方法であって、
前記測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数を特定するステップと、
この特定されたモード周波数の調和関数のバースト波によって前記測定対象物を加振するステップと、
加振された前記測定対象物の時系列振動波形を採取するステップと、
所定の周波数選択フィルターに、採取された前記時系列振動波形を通過させるステップと、
前記周波数選択フィルターを通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップと、
を有することを特徴とする振動エネルギー損失に関する係数の測定方法。 - 振動エネルギー損失に関する係数を算出するステップが、前記時系列振動波形のうちの前記バースト波による加振が終了した後の減衰波形の複数の極大値及び／又は極小値に基づいて振動エネルギー損失に関する係数を算出することを特徴とする請求項１記載の測定方法。
- 前記周波数選択フィルターが、ハイパスフィルター又はバンドパスフィルターであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の測定方法。
- 前記バンドパスフィルターの通過周波数帯域が、測定すべき共振モードの隣接低次の共振モードのモード周波数から、測定すべき共振モードの隣接高次の共振モードのモード周波数の間に選択されることを特徴とする請求項３記載の測定方法。
- 前記測定対象物を加振するステップが、中央支持加振によって行われることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の測定方法。
- 測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を測定する測定装置であって、
前記測定対象物の係数を測定すべき共振モードのモード周波数の調和関数のバースト波を生成する信号発生手段と、
この信号発生手段が発生したバースト波に基づいて、前記測定対象物を加振する加振手段と、
加振された前記測定対象物の時系列振動波形を検出する振動検出手段と、
この振動検出手段によって検出された前記時系列振動波形のうちの所定の選択周波数を通過させるフィルター手段と、
前記フィルター手段を通過した時系列振動波形に基づいて、測定対象物の振動エネルギー損失に関する係数を計算する演算手段と、
を有することを特徴とする振動エネルギー損失に関する係数を測定する測定装置。
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