JP2963968B2 - 振動モードの測定方法 - Google Patents
振動モードの測定方法Info
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- JP2963968B2 JP2963968B2 JP1198870A JP19887089A JP2963968B2 JP 2963968 B2 JP2963968 B2 JP 2963968B2 JP 1198870 A JP1198870 A JP 1198870A JP 19887089 A JP19887089 A JP 19887089A JP 2963968 B2 JP2963968 B2 JP 2963968B2
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- Japan
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- vibration mode
- vibration
- temperature
- thermal
- measurement method
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は構造物や材料に加えられた振動による振動モ
ードを視覚的に測定する方法に関する。
ードを視覚的に測定する方法に関する。
構造物や材料が加振されたときにその振動モードが如
何なる様相を示すかを知ることは機械，構造物の設計上
極めて重要である。
何なる様相を示すかを知ることは機械，構造物の設計上
極めて重要である。
従来，振動モードを直接検知する方法はなく、例えば
構造物に生ずる振動モードを測定するにはその表面の各
所に加速度センサーを取付け、いわゆるマルチポイント
測定によって行っていた。この方法は各測定ポイントに
得られた測定値を集めて、データをフーリエ変換し、ソ
フト処理によりモーダル解析を用いて振動面の振動モー
ドを解析するものである。
構造物に生ずる振動モードを測定するにはその表面の各
所に加速度センサーを取付け、いわゆるマルチポイント
測定によって行っていた。この方法は各測定ポイントに
得られた測定値を集めて、データをフーリエ変換し、ソ
フト処理によりモーダル解析を用いて振動面の振動モー
ドを解析するものである。
したがって、上記方法によるときには多数の加速セン
サーを用い、または各点の繰返し測定による大規模な数
値処理を要し、データの取得にセンサーの取付け、ケー
ブル配線を行わなければならないなど、その測定作業は
厄介を極める欠点がある。
サーを用い、または各点の繰返し測定による大規模な数
値処理を要し、データの取得にセンサーの取付け、ケー
ブル配線を行わなければならないなど、その測定作業は
厄介を極める欠点がある。
しかも、得られたデータは或る一瞬のものであるかま
たは定常的に長時間振動が加わった場合に限られ、刻々
と変化する振動に対してこれをフォローすることができ
ない。
たは定常的に長時間振動が加わった場合に限られ、刻々
と変化する振動に対してこれをフォローすることができ
ない。
一方、振動モードを計算によって知る方法として有限
要素法が知られているが、これはあくまでシュミレーシ
ョンにすぎず、大量の数値計算を必要とし、かつ対象と
なる構造物に生ずる実際の振動モードとは必ずしも一致
しない場合も多い。
要素法が知られているが、これはあくまでシュミレーシ
ョンにすぎず、大量の数値計算を必要とし、かつ対象と
なる構造物に生ずる実際の振動モードとは必ずしも一致
しない場合も多い。
本発明の目的は上記問題点を解消し、振動面に生ずる
２次元振動モードを視覚的に測定しうる方法を提供する
ことにある。
２次元振動モードを視覚的に測定しうる方法を提供する
ことにある。
上記目的を達成するため、本発明による振動モードの
測定方法においては、振動モードを測定すべき構造物，
材料を含む物体の少くとも一部に熱絶縁性を付与して加
振し、物体より発せられる赤外放射エネルギーを光学的
に検知し、振動モードに対応して物体表面各部の発熱に
ともなう振動面の温度変化の分布を熱画像として表示す
るものである。
測定方法においては、振動モードを測定すべき構造物，
材料を含む物体の少くとも一部に熱絶縁性を付与して加
振し、物体より発せられる赤外放射エネルギーを光学的
に検知し、振動モードに対応して物体表面各部の発熱に
ともなう振動面の温度変化の分布を熱画像として表示す
るものである。
試料を加振したときに試料に生ずる振動を熱に変換す
れば振動の大きさを熱変化量として測定できる。物体
は、その表面温度に対応した強さの電磁波を放射してお
り、物体の温度が高くなるにつれて放射エネルギーが増
すとともに短い波長の放射エネルギーが相対的に増加す
る。通常、温度測定の対象として考えられる−40〜1,60
0℃での放射エネルギーの波長はおよそ２〜13μｍの赤
外線である。そのため、放射赤外線量を測定すれば非接
触で物体の温度を知ることができ、この原理を利用して
物体から放射される赤外線を検知し、これを電気信号に
変換して物体の温度を表示する赤外線放射温度計や、さ
らに光学系を含む撮像機能を内蔵し、物体表面各部の温
度分布を熱画像として画面に表示するサーモトレーサー
が実用化されている。
れば振動の大きさを熱変化量として測定できる。物体
は、その表面温度に対応した強さの電磁波を放射してお
り、物体の温度が高くなるにつれて放射エネルギーが増
すとともに短い波長の放射エネルギーが相対的に増加す
る。通常、温度測定の対象として考えられる−40〜1,60
0℃での放射エネルギーの波長はおよそ２〜13μｍの赤
外線である。そのため、放射赤外線量を測定すれば非接
触で物体の温度を知ることができ、この原理を利用して
物体から放射される赤外線を検知し、これを電気信号に
変換して物体の温度を表示する赤外線放射温度計や、さ
らに光学系を含む撮像機能を内蔵し、物体表面各部の温
度分布を熱画像として画面に表示するサーモトレーサー
が実用化されている。
したがって、サーモトレーサーを用いて物体を撮像す
れば物体表面各部の温度分布を示す熱画像が得られる
が、この物体をそのまま加振したとしても熱画像は振動
面の振動モードにしたがって変化するものではない。し
かし、物体の表面に熱絶縁材例えばフォームポリスチレ
ンなどの発泡プラスチック材を一定厚さに盛り付けて加
振すると、物体に加えられた振動エネルギーは熱エネル
ギーに変換され、物体の温度を上昇させる。振動エネル
ギーは振動モードの腹の部分が大きく、節の部分は小さ
いため、振動モードにしたがって温度分布を生ずる。し
たがって、第１図に示すように熱絶縁材１の盛り付けに
より熱絶縁性を付与した物体２の表面を、赤外線検出器
３を内蔵したサーモトレーサー４で撮像すると、物体の
振動モードに正確に対応した温度分布を有する熱画像が
その画面５に表示される。本発明において、熱絶縁材１
は必ずしも物体２を撮像する側の面に形成する必要はな
い。撮像面と反対側の面に熱絶縁材１を盛り付けたとき
でも、加振によって生じた振動のエネルギーが熱に変換
され、その熱によって物体の温度が上昇するのであれ
ば、いずれの面を熱絶縁しても同じことである。熱絶縁
材は必ずしも盛り付ける場合に限らない。塗付け，貼付
け，一体成形などの方法によってもよい。熱絶縁材の熱
伝導率が小さい程熱の移動度が小さいため、物体の発熱
温度に応じて各部に急激な温度勾配を生じ、サーモトレ
ーサーには振動モードに対応した温度分布の色模様が明
瞭に現われる。もっとも、測定すべき物体自体が熱伝導
性の大きい材質で作られているものであれば、改めて熱
絶縁性を付与することは無意味である。
れば物体表面各部の温度分布を示す熱画像が得られる
が、この物体をそのまま加振したとしても熱画像は振動
面の振動モードにしたがって変化するものではない。し
かし、物体の表面に熱絶縁材例えばフォームポリスチレ
ンなどの発泡プラスチック材を一定厚さに盛り付けて加
振すると、物体に加えられた振動エネルギーは熱エネル
ギーに変換され、物体の温度を上昇させる。振動エネル
ギーは振動モードの腹の部分が大きく、節の部分は小さ
いため、振動モードにしたがって温度分布を生ずる。し
たがって、第１図に示すように熱絶縁材１の盛り付けに
より熱絶縁性を付与した物体２の表面を、赤外線検出器
３を内蔵したサーモトレーサー４で撮像すると、物体の
振動モードに正確に対応した温度分布を有する熱画像が
その画面５に表示される。本発明において、熱絶縁材１
は必ずしも物体２を撮像する側の面に形成する必要はな
い。撮像面と反対側の面に熱絶縁材１を盛り付けたとき
でも、加振によって生じた振動のエネルギーが熱に変換
され、その熱によって物体の温度が上昇するのであれ
ば、いずれの面を熱絶縁しても同じことである。熱絶縁
材は必ずしも盛り付ける場合に限らない。塗付け，貼付
け，一体成形などの方法によってもよい。熱絶縁材の熱
伝導率が小さい程熱の移動度が小さいため、物体の発熱
温度に応じて各部に急激な温度勾配を生じ、サーモトレ
ーサーには振動モードに対応した温度分布の色模様が明
瞭に現われる。もっとも、測定すべき物体自体が熱伝導
性の大きい材質で作られているものであれば、改めて熱
絶縁性を付与することは無意味である。
以下に本発明の実施例を示す。
第２図において、一辺が300mmの略正三角形をなす鉄
板11の一面に熱絶縁材12を3mmの厚味に均一に盛付け
た。
板11の一面に熱絶縁材12を3mmの厚味に均一に盛付け
た。
以下この積層された板を試料板という。なお熱絶縁材
12に日本電気環境エンジニアリング（株）製の熱可塑性
材料（Ａ−57）（ダンピングc/cc3〜４％熱伝導率0.4w/
m・ｋ）を用いた試料板と、熱絶縁材12に同社製の熱
硬化性材料（DP−020）（ダンピングc/cc3〜４％熱伝導
率1.4w/m・ｋ）を用いた試料板との２種類を準備し、
それぞれ試料板，について、その中央部分をビス13
で加振機14に水平に取付けた。一方、試料板をその曲げ
モーメントの共振周波数で加振し、試料板の直上にサー
モトレーサー（日本電気三栄（株）製6T61）15を設置
し、サーモトレーサー15の画面16に得られた試料板の熱
画像を観察した。なお、室温は24℃である。実施例に用
いたサーモトレーサーでは被写体の温度は色変化によっ
て表示される形式のものであり、温度上昇に伴って青色
Ｂ−緑色Ｇ−黄色Ｙ−赤色Ｒの順で温度の変化が現わさ
れる。
12に日本電気環境エンジニアリング（株）製の熱可塑性
材料（Ａ−57）（ダンピングc/cc3〜４％熱伝導率0.4w/
m・ｋ）を用いた試料板と、熱絶縁材12に同社製の熱
硬化性材料（DP−020）（ダンピングc/cc3〜４％熱伝導
率1.4w/m・ｋ）を用いた試料板との２種類を準備し、
それぞれ試料板，について、その中央部分をビス13
で加振機14に水平に取付けた。一方、試料板をその曲げ
モーメントの共振周波数で加振し、試料板の直上にサー
モトレーサー（日本電気三栄（株）製6T61）15を設置
し、サーモトレーサー15の画面16に得られた試料板の熱
画像を観察した。なお、室温は24℃である。実施例に用
いたサーモトレーサーでは被写体の温度は色変化によっ
て表示される形式のものであり、温度上昇に伴って青色
Ｂ−緑色Ｇ−黄色Ｙ−赤色Ｒの順で温度の変化が現わさ
れる。
無振状態では試料板，のいずれも室温の温度範囲
を示す緑色Ｇを示したが、試料板の一次曲げモードの共
振周波数に相当する250Hz付近を約30（Ｇ）で0.5分間印
加したところ、試料板では第３図（ａ）に示すように
試料板の中央領域と、該中央領域から各辺の中央にか
けて広い範囲で室温より＋1.0〜＋1.5℃高い温度範囲を
示す赤色Ｒが太い帯状に表わされ、その外辺の一定領域
が室温より0.5℃高い黄色Ｙを示した。一方、試料で
は第３図（ｂ）のように試料板の中央の僅かの領域の
み赤色Ｒを示し、赤色Ｒの周囲から各辺の中央にかけて
黄色Ｙが太い帯状に表われた。この色模様は試料板の形
状に固有の一次モードの形状を表わすものである。第３
図（ａ），（ｂ）を比較して分るように熱伝導率が小さ
い熱絶縁材を用いた方が振動モードの形状をより明瞭に
現わすことができる。熱伝導率が小さいことは試料板の
加振部分に発生した熱をその発生部位に留めて分散させ
ず、したがって加振部分と無振部分とに明確な温度差が
生ずるからである。
を示す緑色Ｇを示したが、試料板の一次曲げモードの共
振周波数に相当する250Hz付近を約30（Ｇ）で0.5分間印
加したところ、試料板では第３図（ａ）に示すように
試料板の中央領域と、該中央領域から各辺の中央にか
けて広い範囲で室温より＋1.0〜＋1.5℃高い温度範囲を
示す赤色Ｒが太い帯状に表わされ、その外辺の一定領域
が室温より0.5℃高い黄色Ｙを示した。一方、試料で
は第３図（ｂ）のように試料板の中央の僅かの領域の
み赤色Ｒを示し、赤色Ｒの周囲から各辺の中央にかけて
黄色Ｙが太い帯状に表われた。この色模様は試料板の形
状に固有の一次モードの形状を表わすものである。第３
図（ａ），（ｂ）を比較して分るように熱伝導率が小さ
い熱絶縁材を用いた方が振動モードの形状をより明瞭に
現わすことができる。熱伝導率が小さいことは試料板の
加振部分に発生した熱をその発生部位に留めて分散させ
ず、したがって加振部分と無振部分とに明確な温度差が
生ずるからである。
以上のように本発明によるときには熱絶縁材料の特性
を有効に利用して物体の振動モードを明確な色の変化に
よって表示でき、したがって、加振されている物体につ
いて、リアルタイムで、しかもリモート・センシングに
より、その振動モードの二次元像を視覚を通じて直接に
観察することができる。
を有効に利用して物体の振動モードを明確な色の変化に
よって表示でき、したがって、加振されている物体につ
いて、リアルタイムで、しかもリモート・センシングに
より、その振動モードの二次元像を視覚を通じて直接に
観察することができる。
従って、本発明方法によれば、土木建築，機械の分野
はもとより、無接触のため、走行中の自動車，船舶につ
いての振動モードのデータ、また、宇宙，航空の分野に
おける飛行物体についての振動モードのデータ、さらに
加速度センサーの取付が不可能なほど小さい表面（IC
等）の振動モードのデータを得てその評価を容易に行う
ことができる効果を有する。
はもとより、無接触のため、走行中の自動車，船舶につ
いての振動モードのデータ、また、宇宙，航空の分野に
おける飛行物体についての振動モードのデータ、さらに
加速度センサーの取付が不可能なほど小さい表面（IC
等）の振動モードのデータを得てその評価を容易に行う
ことができる効果を有する。
第１図は本発明方法の原理を示す図、第２図は実施例に
用いた装置を示す図、第３図（ａ），（ｂ）は実施例に
おける振動モードの色変化を示す図である。 １…熱絶縁材,2…物体,3…赤外線検出器,4…サーモトレ
ーサー ５…画面。
用いた装置を示す図、第３図（ａ），（ｂ）は実施例に
おける振動モードの色変化を示す図である。 １…熱絶縁材,2…物体,3…赤外線検出器,4…サーモトレ
ーサー ５…画面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01M 7/00 - 7/04 G01H 9/00
Claims (1)
- 【請求項１】振動モードを測定すべき構造物，材料を含
む物体の少くとも一部に熱絶縁性を付与して加振し、物
体より発せられる赤外放射エネルギーを光学的に検知
し、振動モードに対応して物体表面各部の発熱にともな
う振動面の温度変化の分布を熱画像として表示すること
を特徴とする振動モードの測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1198870A JP2963968B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 振動モードの測定方法 |
| US07/439,292 US4955236A (en) | 1988-11-22 | 1989-11-20 | Method for observation of vibration mode |
| EP89312151A EP0370801A1 (en) | 1988-11-22 | 1989-11-22 | Method for observation of vibration mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1198870A JP2963968B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 振動モードの測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0361833A JPH0361833A (ja) | 1991-03-18 |
| JP2963968B2 true JP2963968B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=16398295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1198870A Expired - Lifetime JP2963968B2 (ja) | 1988-11-22 | 1989-07-31 | 振動モードの測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2963968B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7090393B2 (en) * | 2002-12-13 | 2006-08-15 | General Electric Company | Using thermal imaging to prevent loss of steam turbine efficiency by detecting and correcting inadequate insulation at turbine startup |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP1198870A patent/JP2963968B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0361833A (ja) | 1991-03-18 |
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