JP2726562B2 - 共振周波数検出装置 - Google Patents

共振周波数検出装置

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JP2726562B2
JP2726562B2 JP2335779A JP33577990A JP2726562B2 JP 2726562 B2 JP2726562 B2 JP 2726562B2 JP 2335779 A JP2335779 A JP 2335779A JP 33577990 A JP33577990 A JP 33577990A JP 2726562 B2 JP2726562 B2 JP 2726562B2
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隆光 柏村
英雄 吉留
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、例えば材料の弾性率,剛性率等の機械的
定数を動的に求める際の材料の共振周波数検出装置に関
するものである。
(従来の技術) 従来周波数分析器搭載による共振周波数検出装置があ
るが、かかる従来の共振周波数検出装置は、幾つかの汎
用測定装置(発信器、周波数分析器、増幅器や電気現象
観察装置(オシロスコープ)等)から成なり、操作も非
常に煩雑で、計測時間も長時間を要していた。また、装
置自体も非常に大きく、可搬性が悪い欠点があった。
また。従来周波数走査による共振周波数検出装置があ
り、これは材料に対して周波数を走査することによって
共振周波数を検出する方式である。しかし、この装置で
は、走査の方法が手動或いは、低速で非能率的である。
更に位相検出を行なう共振周波数検出装置もあるが、
これは材料の振動モードによって材料の変位の位相(加
振信号に対するセンサ応答信号の位相の正相,逆相)も
検出する必要がある。しかし、従来の方法では、汎用の
位相検出装置が必要になり、処理自体も複雑で処理時間
も多くを要していた。
(発明が解決しようとする課題) 上述したような従来の共振周波数検出装置の欠点に鑑
み、幾つかの汎用測定装置から成る従来の共振周波数検
出装置を専用化することにより、装置のコンパクト化、
操作性の向上と処理の高速化を図る必要がある。また、
材料の種類によって加振を自動的かつ最適に行なうこと
により、高速に共振周波数を検出することが要請されて
いる。更には共振時の位相検出を簡単にかつ高速に行な
うことが必要である。
この発明は上述のような事情よりなされたものであ
り、この発明の目的は、高速でかつ正確に共振周波数を
検出することができる共振周波数検出装置を提供するこ
とにある。
(課題を解決するための手段) この発明は材料の弾性率、剛性率などの機械的定数を
動的に求める際の材料の共振周波数を検出する共振周波
数検出装置に関するもので、この発明の上記目的は、全
体の制御を行なうと共に加振周波数信号の周波数の範囲
及び当該周波数での計測回数を設定するCPUと、前記CPU
の制御の下に前記設定された開始周波数から終了周波数
までの範囲に亘って前記計測回数分の前記加振周波数信
号を自動的に生成して順次発生するプログラマブル発振
器と、前記プログラマブル発振器からの加振周波数信号
を音波で前記材料に印加する印加手段と、前記材料の変
位を検出するセンサからの応答信号と前記加振周波数の
正相,逆相信号とをそれぞれ加算し、加算した2つの信
号のレベルを比較して前記応答信号の位相を判別する位
相判別回路と、前記センサからの応答信号を所定の間隔
でサンプリングするサンプルホールド回路と、前記サン
プルホールド回路のサンプリング信号をA/D変換して当
該計測回数でのピークを検出するピーク検出回路と、前
記ピークの平均値を当該周波数でのピークとして前記設
定範囲での最大ピーク値を検出すると共に、前記応答信
号の位相を前記位相判別回路により併せて検出する検出
制御手段とを具備し、前記材料の共振周波数を検出する
ことによって達成される。
(作用) 共振時における材料の最大変位を検出するためのピー
ク検出回路と、加振周波数信号に対するセンサ応答信号
の位相(正相,逆相)を検出するための位相検出回路
と、自動的に加振周波数信号を生成するマイクロプロセ
ッサ(CPU)及びプログラマブル発振器とを備えた装置
を構成することで、共振周波数検出装置の専用化が図ら
れている。
この発明では材料の加振を自動的かつ最適に行なうた
めに、加振周波数信号を自動的に生成するマイクロプロ
セッサと、その加振周波数信号を発信するプログラマブ
ル発振器とを備えた装置で実現し、材料に対する共振を
十分に行なわせるための加振回数の設定や、正確な共振
周波数を求めるための測定平均回数の設定が可能であ
る。
また、共振時の位相検出を簡単にかつ高速に行なうた
めに、センサ応答信号と加振周波数信号の正相,逆相信
号とを加算し、そのレベルの比較を行なうことによって
応答信号の位相(正相,逆相)の検出を行なっている。
(実施例) 本発明の一実施例を、第1図の共振周波数検出装置の
ブロック図を用いて説明する。
マイクロプロセッサ(以下、CPUとする)1は全体の
制御を行なうようになっており、CPU1には他より手動又
は自動的に加振周波数信号VSの範囲を設定するための走
査開始(最小)周波数fmin(例えば2KHz)及び走査終了
(最大)周波数fmax(例えば10KHz)が入力されるよう
になっている。また、CPU1には加振周波数信号VSの波数
(NA)及びセンサ応答信号SRの計測回数(NB)も設定入
力される。CPU1は周波数発生器2、周期カウンタ3及び
プログラマブル発振器4を作動させ、プログラマブル発
振器4より加振周波数VSを出力する。加振周波数信号VS
は増幅器5を経てスピーカ32に送られ、スピーカ32から
出力される音波が材料30に印加されると共に、加振周波
数信号VSは位相チェック信号発生部20にも入力されてい
る。材料30にはセンサ31が非接触に装着されており、セ
ンサ31からのセンサ応答信号SRは増幅器6を経て加算回
路7に入力される。また、加算回路7には、位相チェッ
ク信号発生部20で生成された正転信号NS及び反転信号RS
が入力される。加算回路7の出力ASは帯域フイルタ(BP
F)8に入力され、所定の帯域を通過した信号のみがサ
ンプルホールド回路9に入力され、所定の間隔でサンプ
リングされた信号がA/D変換器11でデジタル信号に変換
されて、CPU1に入力されると共にメモリ12に格納され
る。また、A/D変換器11に入力される信号のピークはピ
ーク検出回路10で検出され、サンプルホールド回路9に
フイードバックされている。
なお、位相チェツク信号発生部20は加振周波数信号VS
を正転(そのまま通過)させる正転回路21と、その出力
をオンオフするスイッチ手段22と、加振周波数信号VSを
反転させる反転回路23と、その出力をオンオフするスイ
ッチ手段24とで構成されており、スイッチ手段22及び24
はCPU1によってオンオフ制御されるようになっている。
このような構成において、その動作を第2図のフロー
チャートを参照して説明する。
先ず材料30の共振周波数fcを求めるために、装置の外
部から走査開始及び走査終了の周波数fmin及びfmaxを設
定したとき(ステップS1)、CPU1は最初に周波数発生器
2に走査開始周波数fminを設定し、次に周期カウンタ3
に走査範囲の周波数を設定し、周波数発生器2及び周期
カウンタ3からの信号をそれぞれプログラマブル発振器
4に入力する。このプログラマブル発振器4は、スピー
カ32を駆動して材料30を加振するための加振周波数信号
VSを自動的に発生する。さらに、プログラマブル発振器
4で発生した加振周波数信号VSを増幅するために増幅器
5に入力する。この増幅器5の増幅利得はCPU1によって
制御される。増幅した信号はスピーカ32を駆動し、発生
した音波で材料30を加振する(ステップS2)。
材料30の微小な変位を捉える非接触変位センサ31から
の応答信号SRは、入力増幅器6に入力される。増幅器6
から出力されるセンサ応答信号は次段の加算回路7に入
力される。この加算回路7は、センサ31からの応答信号
SRと加振周波数信号VSとの位相が正相かあるいは逆相で
あるかを判別するために、センサ応答信号SRと基準信号
としての正転信号NS,反転信号RSを加算する処理と、単
に入力信号の増幅処理を行なう2つのモードがあり、周
波数走査時は後者の処理を行なう。このモードの選択は
CPU1の制御によって行なわれる。次に低周波やノイズ及
び高周波ノイズをカットするために帯域フイルタ8に入
力され、A/D変換を行なうための前処理回路であるサン
プルホールド回路9に入力される。さらに、センサ31か
らのアナログ信号をデジタル値に変換するためにA/D変
換器でA/D変換処理を行なう(ステップS3)。A/D変換の
タイミング信号を生成するために、ピーク検出回路10で
センサ応答信号SRのピーク値を捉える信号を生成する。
この検出信号を用いて、センサ応答信号SRのデジタル変
換をA/D変換器11で行なうが、計測回数が予め設定され
ている計測回数NBと等しくなるまで上記動作を繰り返す
(ステップS4)。A/D変換器の出力はメモリ12に全て記
憶され(ステップS5)、走査周波数が予め設定されてい
る走査終了周波数fmaxとなるまで、加振周波数信号VSの
周波数を1Hzずつ増加させて(ステップS6)、上記動作
を繰り返す(ステップS7)。周波数走査が終了した後で
記憶した値から最大値を求め、最大値を検出したときの
周波数を材料30の共振周波数fcとして求める(ステップ
S8)。
ところで、材料30の機械的定数の一つである剛性率を
求める場合、共振時の振幅と位相の両方を計測する必要
がある。位相の検出では、材料の加振信号に対してセン
サ応答信号の位相が正相か、あるいは逆相であるかを高
速に判断する必要がある。このための装置が位相チェッ
ク信号発生部20である。プログラマブル発振器4から出
力されたスピーカ加振用の加振周波数信号VSから、反転
回路23と正転回路21によって加振周波数信号VSに対して
逆相と正相の信号RS,NSが生成される。これらの信号NS
及びRSは加算回路7に入力され、CPU1の制御によってセ
ンサ応答信号SRとの加算が行なわれる。加算したこれら
2つの信号のレベル比較を行ない、センサ応答信号RSの
位相(正相,逆相)の検出を行なう(ステップS9)。そ
の詳しい処理内容を第3図に示す。すなわち、増幅器6
からのセンサ応答信号SRは加算回路71及び72に入力さ
れ、正転信号NSは加算回路71に、反転信号RSは加算回路
72にそれぞれ入力され、加算回路71の加算信号Aと加算
回路72の加算信号Bとが比較回路73で比較される。そし
て、A>Bであれば正相と判定し、A<Bであれば逆相
と判定する。
一方、正確な共振周波数fcを求める方法として、材料
30を十分に加振することと、センサ応答信号RSの瞬時値
を求めるのではなく、幾つかの平均値から正確な値を求
める方法とが必要である。第4図の部分(A)が加振波
形であり、その波数をNAとする。また、第4図の部分
(B)がセンサ応答信号RSの計測を示し、その計測回数
をNBとする。この発明の共振周波数検出装置では、波数
NAと計測回数NBを前もってCPU1に入力することによって
(ステップS1)、正確な共振周波数fcを求めることが可
能になった。
(発明の効果) 以上のようにこの発明の共振周波数検出装置によれ
ば、高速でかつ正確に共振周波数を検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明装置の一実施例を示すブロック図、第
2図はその動作例を示すフローチャート、第3図は位相
検出の原理を説明するための図、第4図は材料の加振と
センサ応答信号の計測を説明するための図である。 1……マイクロプロセッサ(CPU)、2……周波数発振
器、3……周期カウンタ、4……プログラマブル発振
器、5,6……増幅器、7……加算回路、8……帯域フイ
ルタ、9……サンプルホールド回路、10……ピーク検出
回路、11……A/D変換器、12……メモリ、20……位相チ
ェック信号発生部、30……材料、31……センサ、32……
スピーカ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉留 英雄 大阪府岸和田市天神山町3丁目6番15号 (72)発明者 大友 皓一郎 大阪府守口市八雲東町2丁目272番地 1018号 (56)参考文献 特開 昭52−123687(JP,A) 特開 昭52−123678(JP,A) 特開 平2−281139(JP,A) 特公 昭55−37702(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】材料の弾性率,剛性率などの機械的定数を
    動的に求める際の材料の共振周波数を検出する共振周波
    数検出装置において、全体の制御を行なうと共に加振周
    波数信号の周波数の範囲及び当該周波数での計測回数を
    設定するCPUと、前記CPUの制御の下に前記設定された開
    始周波数から終了周波数までの範囲に亘って前記計測回
    数分の前記加振周波数信号を自動的に生成して順次発生
    するプログラマブル発振器と、前記プログラマブル発振
    器からの加振周波数信号を音波で前記材料に印加する印
    加手段と、前記材料の変位を検出するセンサからの応答
    信号と前記加振周波数の正相,逆相信号とをそれぞれ加
    算し、加算した2つの信号のレベルを比較して前記応答
    信号の位相を判別する位相判別回路と、前記センサから
    の応答信号を所定の間隔でサンプリングするサンプルホ
    ールド回路と、前記サンプルホールド回路のサンプリン
    グ信号をA/D変換して当該計測回数でのピークを検出す
    るピーク検出回路と、前記ピークの平均値を当該周波数
    でのピークとして前記設定範囲での最大ピーク値を検出
    すると共に、前記応答信号の位相を前記位相判別回路に
    より併せて検出する検出制御手段とを具備し、前記材料
    の共振周波数を検出することを特徴とする共振周波数検
    出装置。
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JP2015028445A (ja) * 2013-07-30 2015-02-12 国立大学法人広島大学 果物の硬度測定装置、果物の硬度測定方法、及び果物の熟度評価方法

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