JP2999513B2 - 構造物の固有振動数自動出力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、機械、構築物等の構造物の固有振動数を自
動的に測定するための固有振動数自動出力装置に関す
る。

（従来の技術） 従来、機械、構築物等の構造物の固有振動数を測定す
ることは、機械、土木、建築設計上極めて重要な課題で
あった。この測定のために、インパルス加工法により、
加振場所と応答場所との振動出力を高速フーリエ変換装
置に入力し、その出力／入力である伝達関数、入出力間
の位相差である位相および入出力間の相関を表わすコヒ
ーレンス関数をそれぞれ求める。測定者は、この伝達関
数、位相およびコヒーレンス関数の結果を総合的に判断
して、前記構造物の固有振動数を割り出して振動対策を
建てていた。

また、構造物に共振がある場合には、共振周波数が何
Hzであるかを知ってから、振動対策を建てる必要があっ
た。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この構造物の固有振動数が、正確に求めら
れるか否かは、測定者の技術的知識および経験に依存し
ていた。従って、測定者の技術的知識および経験が未熟
であれば、信頼性のある固有振動数が得られないという
問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を改善するために、測
定者の技術的知識および経験が未熟か否かに拘らず、信
頼性のある固有振動数が自動的に得られる構造物の固有
振動数自動出力装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、
構造物の任意の場所を加振するインパルスハンマーと、
前記構造物の他の任意の場所に設けられ前記インパルス
ハンマーの加振力による振動加速度の応答を電気的に取
り出す加速度ピックアップと、前記加振力と振動加速度
の応答とを入力として伝達関数とこの伝達関数の位相お
よびコヒーレンス関数とを算出する高速度フーリェ変換
装置と、この高速度フーリェ変換装置からの伝達関数、
伝達関数の位相およびコヒーレンス関数を入力して伝達
関数のピークを探すと共にピークの位相を求め、ピーク
の位相が±90度に近いか否かを判別すると共にコヒーレ
ンス関数値が１に近いか否かを判別して１に近ければそ
のピークが固有振動数であると判別し、前記位相が±90
度に近くなくまたコヒーレンス関数値が１に近くない場
合にはそのピークは卓越周波数であると判定する演算処
理装置とを備えた構成である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の概略構成説明図を示す。
図において構造物としてテーブル１が使用されている。
固有振動数自動出力装置３は、主としてインパルスハン
マー５、加速度ピックアップ７、チャージアンプ９、高
速フーリエ変換装置11および演算処理装置（本実施例で
はパーソナルコンピュータ）13から構成されている。こ
のうち、インパルスハンマー５は、電源が内臓され、テ
ーブル１の任意箇所の固有振動数を測定するために加振
し、その加振力を電気的に高速フーリェ変換装置11に出
力する。

加速度ピックアップ７は、インパルスハンマー５の加
振力に応答する振動加速度をピックアップするために、
テーブル１の他の任意箇所に取付けられている。また、
チャージアンプ９は、加速度ピックアップ７の出力を増
幅し、インピーダンス変換し、高速フーリェ変換装置11
に入力するものである。

高速フーリェ変換装置11は、インパルスハンマー５の
加振力とこの加振力に応答するチャージアンプ９を経た
振動加速度とを入力として、周波数領域で信号処理し、
出力／入力である伝達関数と、入出力間の位相差である
位相および入出力間の相関を表わすコヒーレンス関数と
を、高速度でフーリエ変換するものである。

また、パーソナルコンピュータ13は、高速フーリエ変
換装置からの構造物の固有振動数に対する情報として、
伝達関数、伝達関数の位相、コヒーレンス関数を入力し
て、パソコン処理することによって、自動的に信頼性の
ある固有振動数を算出し、内臓されたプリンタ（図示し
ない）にて表示するものである。

第２図はハーソナルコンピュータによる固有振動数自
動出力のフローチャートを示す。ステップ（S1）では、
高速フーリエ変換装置11によって算出された伝達関数、
伝達関数の位相およびコヒーレンス関数がパーソナルコ
ンピュータ13に入力される。ステップ（S2）では、第３
図に示すように周波数に対する出力／入力である伝達関
数のピーク、例えばp1,p2,p3を探す。ステップ（S3）で
は、第４図に示すように周波数の入出力間の位相を求め
る。

ステップ（S4）では、ピークの位相が±90度に近いか
どうかを判別し、ステップ（S5）では、第５図に示すよ
うにこのときのピークがコヒーレンス関数の値が１に近
いかどうかを判別する。例えばピークp1が１に近けれ
ば、ステップ（S6）にて、そのピークp1が固有振動数で
あると判定する。この固有振動数を知ることによって、
振動対策を建てることができる。

また、ステップ（S5）におけるピークの位相が±90度
に近くもなく、ステップ（S6）におけるコヒーレンス関
数値が１に近くもなければ、ステップ（S7）にて、その
周波数は卓越周波数であって、さほどの振動による悪影
響がない単なるピークであることが判定される。

なお、コヒーレンス関数値がいくつ以上のときを固有
振動数と見做すかは、構造物のどの場所を測定している
かにより相違する。従って、パーソナルコンピュータ
（ハソコン）13では、この値をパラメータ扱いとして変
更可能としている。

このように、インパルス加振法にて得られる伝達関
数、位相、コヒーレンス関数を求め、その結果をパソコ
ン処理することによって、測定者の技術的知識および経
験に左右されることなく、信頼性を有する固有振動数が
自動的に判定されるものである。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様にお
いても実施し得るものである。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに、本発明は、構造物の任意の場所を加振するイン
パルスハンマーと、前記構造物の他の任意の場所に設け
られ前記インパルスハンマーの加振力による振動加速度
の応答を電気的に取り出す加速度ピックアップと、前記
加振力と振動加速度の応答とを入力として伝達関数とこ
の伝達関数の位相およびコヒーレンス関数とを算出する
高速度フーリェ変換装置と、この高速度フーリェ変換装
置からの伝達関数、伝達関数の位相およびコヒーレンス
関数を入力して伝達関数のピークを探すと共にピークの
位相を求め、ピークの位相が±90度に近いか否かを判別
すると共にコヒーレンス関数値が１に近いか否かを判別
して１に近ければそのピークが固有振動数であると判別
し、前記位相が±90度に近くなくまたコヒーレンス関数
値が１に近くない場合にはそのピークは卓越周波数であ
ると判定する演算処理装置とを備えた構成である。

したがって、本発明によれば、インパルスハンマーに
よって構造物の任意の場所を加振し、かつ加速度ピック
アップによって上記インパルスハンマーの加振力による
振動加速度の応答を電気的に取り出して高速度フーリェ
変換装置に入力することにより、演算処理装置によって
ピークの位相が判別されて、上記構造物の固有振動数が
自動的に求められるものである。

よって、測定者の技術的知識や経験が未熟か否かに拘
らず信頼性のある固有振動数が自動的に求められ、前述
したごとき従来の問題を解消することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成説明図、第２図は
ハーソナルコンピュータによる固有振動数自動出力のフ
ローチャート、第３図は伝達関数に対する周波数線図、
第４図は伝達関数の位相に対する周波数線図、第５図は
コヒーレンス関数値に対する周波数線図である。 １……テーブル ３……固有振動数自動出力装置 ５……インパルスハンマー ７……加速度ピックアップ ９……チャージアンプ 11……高速フーリェ変換装置 13……パーソナルコンピュータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の任意の場所を加振するインパルス
   ハンマーと、前記構造物の他の任意の場所に設けられ前
   記インパルスハンマーの加振力による振動加速度の応答
   を電気的に取り出す加速度ピックアップと、前記加振力
   と振動加速度の応答とを入力として伝達関数とこの伝達
   関数の位相およびコヒーレンス関数とを算出する高速度
   フーリェ変換装置と、この高速度フーリェ変換装置から
   の伝達関数、伝達関数の位相およびコヒーレンス関数を
   入力して伝達関数のピークを探すと共にピークの位相を
   求め、ピークの位相が±90度に近いか否かを判別すると
   共にコヒーレンス関数値が１に近いか否かを判別して１
   に近ければそのピークが固有振動数であると判別し、前
   記位相が±90度に近くなくまたコヒーレンス関数値が１
   に近くない場合にはそのピークは卓越周波数であると判
   定する演算処理装置とを備えたことを特徴とする構造物
   の固有振動数自動出力装置。