JP2594333B2 - 振動試験装置 - Google Patents
振動試験装置Info
- Publication number
- JP2594333B2 JP2594333B2 JP63226928A JP22692888A JP2594333B2 JP 2594333 B2 JP2594333 B2 JP 2594333B2 JP 63226928 A JP63226928 A JP 63226928A JP 22692888 A JP22692888 A JP 22692888A JP 2594333 B2 JP2594333 B2 JP 2594333B2
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- Japan
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- vibration
- signal
- sine wave
- acceleration
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 振動試験において周波数応答スペクトルを求める振動
試験装置に関し、周波数応答スペクトルを高精度にかつ
安価に求めることを目的とする。
試験装置に関し、周波数応答スペクトルを高精度にかつ
安価に求めることを目的とする。
加振機により被試験体に振動を加え、それに対して該
被試験体が応答する加速度を検出する装置において、周
波数を掃引しながら正弦波信号を加振機に加え、その正
弦波信号の周波数を逓倍したタイミング信号により検出
手段の出力をサンプリングしてディジタル変換する。得
られたディジタルデータを所定の点数毎にフーリエ変換
し、得られたディジタルデータから基本周波数成分を抽
出する。また、サンプリング周期等からその成分に対応
する周波数を計算し、周波数対信号出力レベルを求める
ことにより、周波数応答スペクトルを得る。
被試験体が応答する加速度を検出する装置において、周
波数を掃引しながら正弦波信号を加振機に加え、その正
弦波信号の周波数を逓倍したタイミング信号により検出
手段の出力をサンプリングしてディジタル変換する。得
られたディジタルデータを所定の点数毎にフーリエ変換
し、得られたディジタルデータから基本周波数成分を抽
出する。また、サンプリング周期等からその成分に対応
する周波数を計算し、周波数対信号出力レベルを求める
ことにより、周波数応答スペクトルを得る。
本発明は、被試験体に振動を加え周波数応答スペクト
ルを得る振動試験装置に関する。
ルを得る振動試験装置に関する。
近年、被試験体の振動特性を把握することにより耐振
性を向上させる対策を行うなどの目的で、JIS規格やMIL
規格に従って被試験体に振動を加え周波数応答スペクト
ルを求める振動試験装置が製造業等に広く使用されてい
る。
性を向上させる対策を行うなどの目的で、JIS規格やMIL
規格に従って被試験体に振動を加え周波数応答スペクト
ルを求める振動試験装置が製造業等に広く使用されてい
る。
振動試験により得た周波数応答スペクトルによって、
被試験体の振動しやすい周波数（特に共振周波数）がわ
かり、また、信号を検出する被試験体上の位置の違いで
どのようにレベル変化するか等がわかり、耐振性を向上
させる対策の判断に用いることができる。
被試験体の振動しやすい周波数（特に共振周波数）がわ
かり、また、信号を検出する被試験体上の位置の違いで
どのようにレベル変化するか等がわかり、耐振性を向上
させる対策の判断に用いることができる。
従来の周波数応答スペクトルの求め方はアナログ方式
であって、測定帯域内で周波数を掃引しながら正弦波の
駆動信号を加振機に加えて被試験体に振動を与える。な
お、加振機に加える正弦波のレベルは被試験体に周波数
にかかわらず一定の加速度（例えば1G）が加わるように
制御する。被試験体が振動に対して応答する加速度をセ
ンサにより電気信号に変換し、帯域フィルタ（通常、ト
ラッキングフィルタが使われる）によってセンサの出力
の基本周波数成分（駆動信号と同じ周波数成分）を分離
し、各周波数に対する電力レベルを順次測定して周波数
応答スペクトルを求めるように構成されている。
であって、測定帯域内で周波数を掃引しながら正弦波の
駆動信号を加振機に加えて被試験体に振動を与える。な
お、加振機に加える正弦波のレベルは被試験体に周波数
にかかわらず一定の加速度（例えば1G）が加わるように
制御する。被試験体が振動に対して応答する加速度をセ
ンサにより電気信号に変換し、帯域フィルタ（通常、ト
ラッキングフィルタが使われる）によってセンサの出力
の基本周波数成分（駆動信号と同じ周波数成分）を分離
し、各周波数に対する電力レベルを順次測定して周波数
応答スペクトルを求めるように構成されている。
上記のように従来方法によると、所要の周波数成分
（基本周波数成分）を分離するのは、アナログ回路であ
る帯域フィルタによるため周波数分解能は高くできない
ので、精度の高い解析を行うことが困難であった。また
トラッキングフィルタは、通過帯域の中心周波数を変化
させることができるようにした構成のため、高価である
ので振動試験装置の価格も高くなるという問題点があっ
た。
（基本周波数成分）を分離するのは、アナログ回路であ
る帯域フィルタによるため周波数分解能は高くできない
ので、精度の高い解析を行うことが困難であった。また
トラッキングフィルタは、通過帯域の中心周波数を変化
させることができるようにした構成のため、高価である
ので振動試験装置の価格も高くなるという問題点があっ
た。
本発明は、振動試験装置において周波数応答スペクト
ルを高精度に、かつ安価に求めることを目的とする。
ルを高精度に、かつ安価に求めることを目的とする。
第１図は本発明の原理ブロック図を示す。図におい
て、 ２は入力される信号に従って被試験体１に振動を加え
る加振機、 ３は振動に対して被試験体１が応答する加速度を検出
する加速度検出手段、 ４は周波数を掃引しながら正弦波信号を該加振機２に
加える正弦波信号出力手段、 ５は正弦波信号の周波数を逓倍した周波数のタイミン
グ信号を発生するサンプリング信号発生手段、 ６は加速度検出手段３の出力をタイミング信号に基づ
いてサンプリングしてディジタル変換するディジタル変
換手段、 ７は該ディジタルデータをフーリエ変換するフーリエ
変換手段と、 ８はフーリエ変換されたデータから基本周波数成分を
抽出し、また、その成分に対応する周波数を計算する基
本周波数成分抽出手段 である。
て、 ２は入力される信号に従って被試験体１に振動を加え
る加振機、 ３は振動に対して被試験体１が応答する加速度を検出
する加速度検出手段、 ４は周波数を掃引しながら正弦波信号を該加振機２に
加える正弦波信号出力手段、 ５は正弦波信号の周波数を逓倍した周波数のタイミン
グ信号を発生するサンプリング信号発生手段、 ６は加速度検出手段３の出力をタイミング信号に基づ
いてサンプリングしてディジタル変換するディジタル変
換手段、 ７は該ディジタルデータをフーリエ変換するフーリエ
変換手段と、 ８はフーリエ変換されたデータから基本周波数成分を
抽出し、また、その成分に対応する周波数を計算する基
本周波数成分抽出手段 である。
加振機２は正弦波信号出力手段４からの正弦波信号
（駆動信号）に従って被試験体１に一定加速度の振動を
加える。サンプリング信号発生手段５は、駆動信号の周
波数を逓倍した周波数のタイミング信号を発生する。加
速度検出手段３は被試験体１が応答する加速度を検出し
てディジタル変換手段６に渡す。ディジタル変換手段６
は、加速度検出手段３の出力をタイミング信号に基づい
てサンプリングしてディジタル変換する。フーリエ変換
手段７はこのディジタルデータを所定の数だけとってフ
ーリエ変換（離散フーリエ変換）する。基本周波数成分
抽出８はフーリエ変換されたディジタルデータから基本
周波数成分を抽出し、タイミング信号の周期等からその
成分に対応する周波数を計算する。これを、掃引される
周波数の所定の点毎に行うことにより周波数応答スペク
トルを求めることができる。
（駆動信号）に従って被試験体１に一定加速度の振動を
加える。サンプリング信号発生手段５は、駆動信号の周
波数を逓倍した周波数のタイミング信号を発生する。加
速度検出手段３は被試験体１が応答する加速度を検出し
てディジタル変換手段６に渡す。ディジタル変換手段６
は、加速度検出手段３の出力をタイミング信号に基づい
てサンプリングしてディジタル変換する。フーリエ変換
手段７はこのディジタルデータを所定の数だけとってフ
ーリエ変換（離散フーリエ変換）する。基本周波数成分
抽出８はフーリエ変換されたディジタルデータから基本
周波数成分を抽出し、タイミング信号の周期等からその
成分に対応する周波数を計算する。これを、掃引される
周波数の所定の点毎に行うことにより周波数応答スペク
トルを求めることができる。
以下、本発明の実施例を第２図および第３図を参照し
て説明する。
て説明する。
第２図（ａ）はブロック図を示す。
加振機2aは入力される駆動信号に応じて台2bを振動さ
せることにより、台2b上の被試験体1aに振動を与える。
せることにより、台2b上の被試験体1aに振動を与える。
加速度センサ3aは、被試験体1aに取付けられ、加振機
2a台2bによる振動に対して被試験体1aが応答する加速度
を電気信号に変換する。
2a台2bによる振動に対して被試験体1aが応答する加速度
を電気信号に変換する。
掃引発振器4aは、駆動信号として正弦波を周波数を測
定帯域（例えば、５〜2KHz）内を掃引させて加振機2aに
加える。このとき、周波数にかかわらず加振機2aが台2b
に加える加速度が一定になるように制御する。この制御
は公知の方法によればよい。
定帯域（例えば、５〜2KHz）内を掃引させて加振機2aに
加える。このとき、周波数にかかわらず加振機2aが台2b
に加える加速度が一定になるように制御する。この制御
は公知の方法によればよい。
第３図に示すように、パルス発生部5aは、掃引発振器
4aから入力される正弦波信号の周波数をｎ逓倍（ｎは指
定可能で分割数という。例として、ｎ＝８とする。）し
た信号の周期の時間間隔で発生するタイミングパルスを
発生する。この時間間隔をΔｔとすると駆動信号の周期
は、ｎ×Δｔである。
4aから入力される正弦波信号の周波数をｎ逓倍（ｎは指
定可能で分割数という。例として、ｎ＝８とする。）し
た信号の周期の時間間隔で発生するタイミングパルスを
発生する。この時間間隔をΔｔとすると駆動信号の周期
は、ｎ×Δｔである。
A/D変換部6aは、パルス発生部5aからのタイミングパ
ルスによって、ある時点から加速度センサ3aの出力をｍ
周期分（ｍは指定可能で周期数という、例として、ｍ＝
32とする。）サンプリングしてｎ×ｍ（この例では、25
6）点のディジタルデータを収集する。サンプリング開
始時点はタイミングパルスを数えて一定数毎（例えば、
4096毎）とすればよい。
ルスによって、ある時点から加速度センサ3aの出力をｍ
周期分（ｍは指定可能で周期数という、例として、ｍ＝
32とする。）サンプリングしてｎ×ｍ（この例では、25
6）点のディジタルデータを収集する。サンプリング開
始時点はタイミングパルスを数えて一定数毎（例えば、
4096毎）とすればよい。
FFT部7aは、A/D変換部6aからの時間関数データすなわ
ちｎ×ｍ点（ここでは256点）のディジタルデータを高
速フーリエ変換（Fast Fourier Transform:FFT）して、
（1/2）×ｎ×ｍ（ここでは128）点の複素数形式データ
を得て、メモリに記憶する。第３図において、駆動信号
が低い周波数F1のときとったフーリエ変換データをで
示す。同様に、周波数が高くなるにつれて、周波数F2の
とき、周波数F3のとき、周波数F4のとき・・・と
いうように、各々、同じ点数のデータが得られる。
ちｎ×ｍ点（ここでは256点）のディジタルデータを高
速フーリエ変換（Fast Fourier Transform:FFT）して、
（1/2）×ｎ×ｍ（ここでは128）点の複素数形式データ
を得て、メモリに記憶する。第３図において、駆動信号
が低い周波数F1のときとったフーリエ変換データをで
示す。同様に、周波数が高くなるにつれて、周波数F2の
とき、周波数F3のとき、周波数F4のとき・・・と
いうように、各々、同じ点数のデータが得られる。
これらのメモリ上の高速フーリエ変換された（1/2）
×ｎ×ｍ個のデータはサンプリング定理、離散フーリエ
変換の原理により、ｆ＝サンプリング周波数、Ｆ＝駆動
周波数、ｆ＝ｎ×Ｆとして、それぞれ、直流〜f/2まで
の周波数を等間隔に刻んで（d1，d2，・・df・・・
dp）、各周波数成分の値を示すものである。
×ｎ×ｍ個のデータはサンプリング定理、離散フーリエ
変換の原理により、ｆ＝サンプリング周波数、Ｆ＝駆動
周波数、ｆ＝ｎ×Ｆとして、それぞれ、直流〜f/2まで
の周波数を等間隔に刻んで（d1，d2，・・df・・・
dp）、各周波数成分の値を示すものである。
従って、最高周波数はf/2＝（n/2）×Ｆであるので、
抽出部8aは、メモリ上の高速フーリエ変換されたデータ
の中の低い周波数の方から、 （2/n）×データ点数＝（2/n）×（n/2）×ｍ＝ｍ で与えられる位置（df，ここでは32点目、全体の1/4の
位置）のデータを基本周波数Ｆの成分として抽出すると
共に、 Ｆ＝1/（ｎ・Δｔ） により、抽出した基本周波数成分に対応する周波数を求
める。なお、周波数掃引のため、厳密に言えば、Δｔは
（従って周波数f,Fも）変化しているが、（またサンプ
リングされたデータも純粋な値ではないが）掃引速度が
あまり速くなければ、サンプリング開始時点の値、また
は開始時点と終了点の中間点の値、開始時点と終了点の
値の平均値等を使い、一定として計算しても実用上問題
はない。なお、Δｔは例えばパルス発生部5aのパルス周
期を高周波クロックで動作するカウンタ回路等でカウン
トすることにより算出すればよい。
抽出部8aは、メモリ上の高速フーリエ変換されたデータ
の中の低い周波数の方から、 （2/n）×データ点数＝（2/n）×（n/2）×ｍ＝ｍ で与えられる位置（df，ここでは32点目、全体の1/4の
位置）のデータを基本周波数Ｆの成分として抽出すると
共に、 Ｆ＝1/（ｎ・Δｔ） により、抽出した基本周波数成分に対応する周波数を求
める。なお、周波数掃引のため、厳密に言えば、Δｔは
（従って周波数f,Fも）変化しているが、（またサンプ
リングされたデータも純粋な値ではないが）掃引速度が
あまり速くなければ、サンプリング開始時点の値、また
は開始時点と終了点の中間点の値、開始時点と終了点の
値の平均値等を使い、一定として計算しても実用上問題
はない。なお、Δｔは例えばパルス発生部5aのパルス周
期を高周波クロックで動作するカウンタ回路等でカウン
トすることにより算出すればよい。
解析部9aは、掃引発振器4aによる掃引に伴って以上の
処理を連続して行うことにより得た値を整理して周波数
Fn対基本周波数成分Xnのスペクトル（第２図（ｂ）参
照）を求める。Fnの間隔は掃引速度にもよるので等間隔
ではない。必要ならば、線型補間等により補間して等間
隔にすればよい。さらに得られた成分Xnに所定の係数等
を用いて較正することによって振動の振幅や加速度等の
物理量に変換することができる。
処理を連続して行うことにより得た値を整理して周波数
Fn対基本周波数成分Xnのスペクトル（第２図（ｂ）参
照）を求める。Fnの間隔は掃引速度にもよるので等間隔
ではない。必要ならば、線型補間等により補間して等間
隔にすればよい。さらに得られた成分Xnに所定の係数等
を用いて較正することによって振動の振幅や加速度等の
物理量に変換することができる。
本実施例においては、分割数ｎ＝８、周期数ｍ＝32と
する例を説明したが、ｎやｍを大きくとると精度が高く
なるが、あまり大きくても効果が少なく、通常は例に示
した程度が適当である。また、通常、被試験体に取り付
ける加速度センサの位置により、スペクトルの出かたが
異なる。従って、加速度センサを多数取り付けて時分割
多重処理することにより、１台の装置で被試験体の振動
特性をより詳しく解析することができる。FFT部〜解析
部の処理性能が高ければ実時間処理も可能である。
する例を説明したが、ｎやｍを大きくとると精度が高く
なるが、あまり大きくても効果が少なく、通常は例に示
した程度が適当である。また、通常、被試験体に取り付
ける加速度センサの位置により、スペクトルの出かたが
異なる。従って、加速度センサを多数取り付けて時分割
多重処理することにより、１台の装置で被試験体の振動
特性をより詳しく解析することができる。FFT部〜解析
部の処理性能が高ければ実時間処理も可能である。
以上説明したように本発明によれば、トラッキングフ
ィルタなど特別なハードウェアを必要としないので、安
価で高精度に振動試験の周波数応答スペクトルを求める
ことができる。
ィルタなど特別なハードウェアを必要としないので、安
価で高精度に振動試験の周波数応答スペクトルを求める
ことができる。
第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の実施例を示すブロック図、 第３図はサンプリングタイミングとFFTデータとの関係
の説明図である。 図において、 １、1aは被試験体、２、2aは加振機、2bは台、３は加速
度検出手段、3aは加速度センサ、４は正弦波信号出力手
段、4aは掃引発振器 ５はサンプリング信号発生手段、5aはパルス発生部、６
はディジタル変換手段、6aはA/D変換部 ７はフーリエ変換手段、7aはFFT部、８は基本周波数成
分抽出手段、8aは抽出部、9aは解析部 を示す。
の説明図である。 図において、 １、1aは被試験体、２、2aは加振機、2bは台、３は加速
度検出手段、3aは加速度センサ、４は正弦波信号出力手
段、4aは掃引発振器 ５はサンプリング信号発生手段、5aはパルス発生部、６
はディジタル変換手段、6aはA/D変換部 ７はフーリエ変換手段、7aはFFT部、８は基本周波数成
分抽出手段、8aは抽出部、9aは解析部 を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】入力される信号に従って被試験体に振動を
加える加振機と、加えられた振動に対して被試験体が応
答する加速度を検出する加速度検出手段とを有する振動
試験装置であって、 周波数を掃引しながら正弦波信号を加振機に加える正弦
波信号出力手段と、 加振機に加えられる正弦波信号の周波数を逓倍してタイ
ミング信号を発生するサンプリング信号発生手段と、 加速度検出手段の出力をタイミング信号に基づいてサン
プリングしてディジタルデータに変換するディジタル変
換手段と、 所定数のディジタルデータをフーリエ変換するフーリエ
変換手段と、 フーリエ変換されたデータから基本周波数成分を抽出
し、また、その成分に対応する周波数を計算する基本周
波数成分抽出手段と を有することを特徴とする振動試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226928A JP2594333B2 (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 振動試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226928A JP2594333B2 (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 振動試験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274859A JPH0274859A (ja) | 1990-03-14 |
| JP2594333B2 true JP2594333B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=16852801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63226928A Expired - Lifetime JP2594333B2 (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 振動試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2594333B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3383021B2 (ja) * | 1993-08-30 | 2003-03-04 | 株式会社アカシ | 加振機の駆動制御装置 |
| JP4149691B2 (ja) * | 2001-08-31 | 2008-09-10 | 株式会社東芝 | 半導体製造装置用回転機の寿命予測方法及び半導体製造装置 |
| JP6973282B2 (ja) * | 2018-05-09 | 2021-11-24 | 株式会社Ihi | 振動試験装置及び振動試験方法 |
| CN111122085B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-11-16 | 武昌船舶重工集团有限公司 | 一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法 |
| CN114114384A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-01 | 南京苏试广博环境可靠性实验室有限公司 | 地震模拟试验方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5837526A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-04 | Hitachi Ltd | 周波数特性測定方法 |
-
1988
- 1988-09-09 JP JP63226928A patent/JP2594333B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274859A (ja) | 1990-03-14 |
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