JP4121426B2

JP4121426B2 - Method and apparatus for measuring coefficient for vibration energy loss

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Publication number: JP4121426B2
Application number: JP2003199188A
Authority: JP
Inventors: 伸一長洞; 淳柴山; 勉森内; 瑞男江嶋
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP2005037210A

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Ｘ_k+1、縦軸をＸ_k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ｆ_i、共振峰の最大値よりも３ｄＢ下がった点における周波数をｆ_i1、ｆ_i2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】
ＪＩＳＧ０６０２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ｘ_max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ｆ_i、ｆ_i1、ｆ_i2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、板状の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、板状の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板状の測定対象物を中央支持加振するステップと、加振された板状の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、板状の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、板状の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板状の測定対象物に作用させる。さらに、この加振力によって板状の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。また、板状の測定対象物は、その中央で支持され、中央の支持点に加振力が作用される。
【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。
【００１８】
本発明は、板状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測定装置であって、板状の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、板状の測定対象物を中央支持加振する加振手段と、加振された板状の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、板状の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
２ＦＦＴ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
１２２ｃｈ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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for measuring a coefficient related to vibration energy loss, which measures a coefficient related to vibration energy loss of a measurement object, such as a loss coefficient, a logarithmic attenuation rate, and a damping ratio.
[0002]
[Prior art]
Non-Patent Document 1 describes a vibration damping characteristic test method for a damping steel plate. In this non-patent document 1, an attenuation method and a half-value width method are described as methods for calculating a loss coefficient.
[0003]
In the attenuation method, first, a measurement object such as a damping steel plate whose loss coefficient is to be measured is impulse-excited to collect a damped vibration waveform as shown in FIG. Next, the half amplitude X of the maximum value of this damped oscillation waveform ₁ , X ₂ , X _Three , X _Four . . . Based on these values, the horizontal axis as shown in FIG. _{k + 1} , The vertical axis is X _k Graph, that is, the point (X ₂ , X ₁ ), (X _Three , X ₂ ), (X _Four , X _Three ). . Create a graph plotting. In general, since these plot points are generally arranged on a straight line passing through the origin, the inclination θ of the straight line is obtained, and the loss coefficient η is calculated by the following equation.

[0004]
On the other hand, in the half-width method, first, the object to be measured is impulse-excited or randomly-excited, the time-series waveform of the excitation force is measured with a force sensor, and the time-series vibration waveform of the object to be measured is measured with an acceleration sensor or the like. To do. Next, the measured time-series waveform and time-series vibration waveform of the excitation force are each converted into the frequency domain by an FFT analyzer or the like, and a frequency response curve of the transfer function is obtained. FIG. 8 is an enlarged view of the resonance peak of the resonance mode in which the loss coefficient of the obtained frequency response curve is to be calculated. As shown in FIG. 8, the mode frequency of the resonance mode is f _i , The frequency at the point 3 dB below the maximum value of the resonance peak is expressed as f _i1 , F _i2 Then, the loss coefficient η is given by the following equation.

[0005]
[Non-Patent Document 1]
JIS G 0602 Test method for vibration damping characteristics of damping steel plate
Japanese Standards Association established on December 1, 1993
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above attenuation method, since the measurement object is impulse-excited, a large number of resonance modes of the measurement object are excited simultaneously. As a result, the damped vibration waveform of the measurement object includes a plurality of vibration frequency components. Generally, among the multiple vibration frequencies included in the damped vibration waveform of the measurement object, the vibration component of the primary mode with the lowest frequency is dominant, so the loss coefficient at the vibration frequency of the primary mode is calculated from this damped vibration waveform. Can be sought. However, there is a problem that it is very difficult to obtain the loss coefficient at the vibration frequency of the second or higher mode by the damping method.
[0007]
In the half-width method, since the loss factor is calculated based on the frequency response curve obtained by exciting the measurement object, the loss factor at the resonance frequency of any mode can be calculated. . However, the half-width method has a problem that, in particular, when the loss factor is large, the measurement error of the loss factor increases in principle. This cause will be described below.
[0008]
The frequency response curve x (f) in the one-degree-of-freedom vibration system can be expressed by the following equation when the displacement with respect to a static load (excitation force of frequency 0 Hz) is 1.

Where f is the vibration frequency and f ₀ Is the mode frequency and ζ (= η / 2) is the damping ratio. Therefore, the peak value x of the frequency response curve _max Is the mode frequency f in f of equation (3). ₀ Is calculated by substituting

The frequency f at the point 3 dB lower than the peak value, that is, the point where the amplitude becomes 1 / √2 of the peak value can be obtained from the following relational expression.

By transforming equation (5),

Is obtained. Equation (6) is changed to (f / f ₀ )

It becomes. Therefore, the frequency f at which the amplitude is 1 / √2 of the peak value. ₁ , F ₂ Is

It can be asked. F thus obtained ₀ , F ₁ , F ₂ Of f in equation (2) _i , F _i1 , F _i2 Substituting for

Thus, the loss coefficient η can be obtained using the equation (2).
[0009]
However, in equation (7) in the process of deriving equation (9), ζ ² An approximation of = 0 is used. Therefore, there is a problem that the loss coefficient η obtained using the equation (2) has a large error when the value of ζ is large, for example, when ζ is larger than 0.2. In addition, the damping characteristics of the damping steel plate have been particularly improved in recent years. When obtaining the loss coefficient η of such damping steel plate, the half-width method using equation (2) has a large error. There is a problem.
[0010]
An object of the present invention is to provide a measurement method and a measurement apparatus capable of measuring a coefficient related to vibration energy loss such as a loss coefficient at a mode frequency even in a secondary or higher resonance mode.
[0011]
It is another object of the present invention to provide a measurement method and a measurement apparatus that can accurately measure a coefficient related to vibration energy loss, such as a loss coefficient, of a measurement object having a large vibration energy loss.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problems described above, the present invention provides: Plate-like A method for measuring a coefficient related to vibration energy loss of a measurement object, Plate-like The step of identifying the mode frequency of the resonance mode in which the coefficient of the measurement object is to be measured and the burst wave of the harmonic function of the identified mode frequency Plate-like Measuring object Central support The step to shake and the vibration Plate-like Based on the step of collecting the time series vibration waveform of the measurement object, the step of passing the collected time series vibration waveform to the predetermined frequency selection filter, and the time series vibration waveform passing through the frequency selection filter, Plate-like And a step of calculating a coefficient relating to vibration energy loss of the measurement object.
[0013]
In the present invention configured as described above, first, Plate-like The mode frequency of the resonance mode to be measured for the coefficient related to the vibration energy loss among the resonance modes of the measurement object is specified. Next, the exciting force of the burst wave of the harmonic function such as a sine wave of the specified mode frequency Plate-like Act on the measurement object. In addition, this excitation force Plate-like A vibration waveform generated in the measurement object is sampled in time series, and the time series vibration waveform is input to a frequency selection filter that passes a predetermined frequency. Finally, a coefficient related to the vibration energy loss of the measurement object is calculated based on the time-series vibration waveform that has passed through the frequency selection filter. Also, Plate-like The measurement object is supported at its center, and an excitation force is applied to the center support point.
[0014]
According to the present invention configured as described above, the object to be measured is vibrated with the exciting force of the harmonic function of the mode frequency of the resonance mode for which a coefficient relating to vibration energy loss is to be measured. Vibration can be selectively excited. Furthermore, since the vibration waveform generated in the measurement object is passed through the frequency selection filter, the influence of unnecessary resonance modes can be eliminated, so that not only the primary resonance mode but also the secondary and higher resonance modes. The coefficient related to the vibration energy loss can be measured based on the time-series vibration waveform.
[0015]
Further, the step of calculating the coefficient related to vibration energy loss includes the coefficient related to vibration energy loss based on a plurality of maximum values and / or minimum values of the decay waveform after the excitation by the burst wave of the time series vibration waveform is completed. It is good to calculate.
Furthermore, the frequency selective filter used in the method of the present invention may be a high pass filter or a band pass filter.
[0016]
Preferably, the pass frequency band of the band-pass filter used in the method of the present invention is determined from the mode frequency of the low-order resonance mode adjacent to the resonance mode to be measured from the high-order resonance mode adjacent to the resonance mode to be measured. Choose between mode frequencies. According to the present invention configured as described above, it is possible to effectively extract only the vibration component of the resonance mode for which the coefficient related to the vibration energy loss is to be measured.
[0018]
The present invention Plate-like A measuring device for measuring a coefficient relating to vibration energy loss of a measurement object, Plate-like Based on the signal generating means for generating the burst wave of the harmonic function of the mode frequency of the resonance mode in which the coefficient of the measurement object is to be measured, and the burst wave generated by the signal generating means, Plate-like Measuring object Central support Vibrating means to vibrate and vibrated Plate-like Vibration detecting means for detecting a time series vibration waveform of the measurement object, filter means for passing a predetermined selected frequency of the time series vibration waveforms detected by the vibration detecting means, and time series vibration passing through the filter means Based on the waveform Plate-like And a calculation means for calculating a coefficient relating to vibration energy loss of the measurement object.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, referring to the attached drawings, a method and apparatus for measuring a coefficient relating to vibration energy loss according to an embodiment of the present invention will be described. Here, the case where the loss coefficient of a damping steel plate is calculated | required using the measuring apparatus of the coefficient regarding the vibration energy loss of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a coefficient measuring apparatus for vibration energy loss according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph of a frequency response curve of a transfer function of a test piece T that is a measurement object. FIG. 3 is a graph of the output signal waveform of the signal generator. FIG. 4 is a graph of the acceleration vibration waveform of the test piece T measured by the acceleration sensor, and FIG. 5 is a vibration waveform graph obtained by passing the acceleration vibration waveform of FIG. 4 through the bandpass filter. is there.
[0020]
As shown in FIG. 1, a coefficient measuring apparatus 1 relating to vibration energy loss according to an embodiment of the present invention amplifies an FFT analyzer 2 including a signal generator 2a as signal generating means, and an output signal of the signal generator 2a. And a vibration exciter 6 which is a vibration means for vibrating the test piece T based on the output signal of the power amplifier. In addition, the measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention includes an impedance head 8 that is a vibration detecting unit that detects vibration of the test piece T, a charge amplifier 10 that amplifies an electric signal output from the impedance head 8, and the charge amplifier. 2ch filter 12 which is a frequency selection filter means for passing only a predetermined selected frequency among the 10 output signals, and an arithmetic means for calculating a loss coefficient based on the time series vibration waveform collected by FFT analyzer 2. And a personal computer 14. In general, since the vibration damping characteristics of the test piece T vary depending on the temperature, the thermostatic chamber 16 is used to keep the temperature of the test piece T being measured constant.
[0021]
In the present embodiment, the test piece T is a vibration-damping steel plate manufactured by Nippon Steel Corporation having a length of 300 mm, a width of 30 mm, a thickness of about 1 mm, a resin layer thickness of 50 μm, and a mass of about 0.1 kg. Trademark).
The FFT analyzer 2 is configured to perform A / D conversion on the input electric signal and perform a calculation such as fast Fourier transform on the converted digital signal to calculate a transfer function and the like. In this embodiment, the FFT analyzer 2 includes a signal generator 2a that can output a burst wave obtained by cutting out a sine waveform that is a harmonic function for a predetermined time. As the signal generator, a single signal generator that is not incorporated in the FFT analyzer 2 can be used.
[0022]
The power amplifier 4 is configured to amplify the voltage signal output from the signal generator 2 a in order to drive the vibrator 6. As the power amplifier 4, any appropriate one can be selected according to the mass of the test piece T to be vibrated, the magnitude of the necessary vibration energy, and the like.
[0023]
The vibration exciter 6 is configured to apply an excitation force corresponding to the signal sent from the power amplifier 4 to the test piece T. A vibration bar 6a is attached to the vibration force output portion of the vibration exciter 6, and an impedance head 8 is attached to the tip of the vibration bar 6a. The impedance head 8 has a detection unit attached to the test piece T, and is configured to detect force and acceleration acting on the detection unit. The force applied to the detection unit of the impedance head 8 is converted into an electric signal by a force sensor (not shown) built in the impedance head 8. The acceleration of the detection unit of the impedance head 8 is converted into an electrical signal by an acceleration sensor (not shown) built in the impedance head 8. In the present embodiment, measurement is mainly performed using an output signal of an acceleration sensor (not shown) of the impedance head 8. In this embodiment, an impedance head is used, but an accelerometer (not shown) that can measure only acceleration can be used instead of the impedance head.
[0024]
The charge amplifier 10 is configured to amplify the electric signal output from the impedance head 8. Further, depending on the type of impedance head or accelerometer used, a head amplifier (not shown) can be used instead of the charge amplifier 10, and a charge amplifier or the like may not be required. The 2ch filter 12 has a built-in low-pass filter (not shown) that passes a signal having a predetermined frequency or less among input electric signals, and a high-pass filter (not shown) that passes a signal that has a predetermined frequency or more. Yes. In this embodiment, first, the output signal of the charge amplifier 10 is passed through a low-pass filter (not shown), and the passed signal is passed through a high-pass filter (not shown). Taking out the signal. Therefore, the 2ch filter 12 functions as a band pass filter. Each filter preferably has an attenuation characteristic of 12 dB / oct or more. In the present embodiment, a low-pass filter and a high-pass filter that have an attenuation characteristic of 48 dB / oct are used. Also, the order of passing through the low-pass filter and the high-pass filter can be reversed.
[0025]
The personal computer 14 takes in the time series vibration waveform A / D converted by the FFT analyzer 2 from the FFT analyzer 2 and calculates a loss coefficient based on the taken time series vibration waveform. The personal computer 14 has a maximum value extracting means 14a for extracting a predetermined maximum value from the attenuated waveform in the captured time series vibration waveform, and a loss coefficient for calculating the loss coefficient η based on the extracted maximum value. It functions as the calculation means 14b. These functions can be realized by incorporating an input interface board and software for calculating a loss factor into the personal computer 14. In this embodiment, the FFT analyzer 2 does not use the fast Fourier calculation function of the FFT analyzer 2 when measuring the loss factor. It is used exclusively for A / D conversion and sampling of time series waveforms. Therefore, these functions can be realized by incorporating an A / D conversion board or the like into the personal computer 14 instead of using the FFT analyzer 2 and the personal computer 14.
The thermostat 16 is of a size that can accommodate the test piece T being measured. The set temperature of the thermostat 16 is selected according to the required measurement.
[0026]
Next, the operation of the coefficient measuring apparatus 1 relating to the vibration energy loss of the embodiment of the present invention will be described. First, the FFT analyzer 2, the power amplifier 4, the vibrator 6, the impedance head 8, the charge amplifier 10, the 2ch filter 12, and the personal computer 14 are connected as shown in FIG. Next, the center of the rectangular plate-shaped test piece T is screwed to the detection portion of the impedance head 8. The test piece T is connected to and supported by the vibrator 6 via the impedance head 8 and the vibration bar 6a, and the vibration force is applied by the vibrator 6, so that the specimen T is subjected to central support vibration. . Further, the test piece T connected to the vibrator 6 is placed in the thermostatic chamber 16. At this time, only the test piece T and the impedance head 8 attached to the test piece T and the impedance head 8 attached to the test piece T may be placed in the thermostatic bath 16, or the test piece T, the impedance head 8, and the vibrator 6 are all in the thermostatic bath 16. May be put in.
[0027]
Next, the mode frequency of the resonance mode of the test piece T is measured. First, a random waveform is output from the signal generator 2 a, and the test piece T is randomly excited via the power amplifier 4 and the vibrator 6. The impedance head 8 detects the excitation force applied to the test piece T and the acceleration of the test piece T at the excitation point. The force signal and acceleration signal output from the impedance head 8 are input to the FFT analyzer 2 via the charge amplifier 10. The FFT analyzer 2 performs fast Fourier transform on the input force signal and acceleration signal, and calculates a frequency response curve of the transfer function of the test piece T. FIG. 2 shows the frequency response curve of the determined transfer function.
[0028]
Referring to FIG. 2, the frequency response curve has peaks at about 50 Hz, 260 Hz, and 600 Hz, and it can be seen that there are resonance modes having these mode frequencies. In this embodiment, as described above, the mode frequency of the resonance mode is specified by randomly vibrating the test piece T and obtaining the transfer function. However, the mode frequency is specified using any other appropriate method. Can do. For example, the mode frequency may be obtained experimentally by sine wave frequency sweep excitation or the like, or the mode frequency may be obtained analytically or theoretically using a finite element method or the like.
[0029]
Here, as an example, a case where the loss coefficient η in the resonance mode of 260 Hz, which is the secondary mode obtained as described above, is measured will be described. First, the signal generator 2a built in the FFT analyzer 2 is set so as to output a burst waveform having a sine waveform of 260 Hz. FIG. 3 shows an example of an output waveform of the signal generator 2a. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the signal generator 2a outputs a 260 Hz sine wave for seven periods. However, the number of periods in which the sine wave is output can be arbitrarily determined, and if the waveform used for excitation also includes only the mode frequency component of the resonance mode to be measured, Any harmonic function waveform can be used. The time for outputting the waveform as a burst signal can also be arbitrarily selected. Preferably, as shown in FIG. 3, the burst wave output time is set so that the end point of the burst waveform becomes zero. The burst wave is preferably set so that the output is maintained for a period until the vibration waveform of the test piece T generated by the vibration is stabilized. In this specification, the harmonic function of the mode frequency of the resonance mode to be measured includes all harmonic functions whose frequencies approximate the mode frequency of the resonance mode, and the frequency does not necessarily match the mode frequency completely. Also good.
[0030]
Next, the frequency band selected by the 2ch filter 12 is set. Preferably, the frequency band selected by the 2ch filter 12 includes the mode frequency of the resonance mode to be measured and is adjacent to the resonance mode to be measured from the mode frequency of the lower-order resonance mode to be measured. Select between higher order mode frequencies. Therefore, in the example described here, it is possible to select between 50 to 600 Hz so as to include 260 Hz which is the mode frequency of the resonance mode to be measured. More preferably, the frequency is selected between the frequency of the dip on the low frequency side adjacent to the resonance mode to be measured and the frequency of the dip on the high frequency side adjacent to the resonance mode to be measured. In the frequency response curve shown in FIG. 2, since there is a dip at 190 Hz below 260 Hz and there is a dip at 480 Hz above 260 Hz, the 2ch filter 12 passes the frequency component of 190 to 480 Hz. Set. Accordingly, a high-pass filter (not shown) built in the 2ch filter 12 is set so as to pass a signal having a frequency of 190 Hz or higher. Further, a low pass filter (not shown) is set so as to pass a signal having a frequency of 480 Hz or less. As a result, a signal that passes through the high-pass filter of the 2ch filter 12 and subsequently passes through the low-pass filter includes a frequency component of 190 to 480 Hz.
[0031]
After the setting of each device is completed, a signal is output from the signal generator 2a, and the test piece T is vibrated. The output signal of the signal generator 2 a is amplified by the power amplifier 4 and input to the vibrator 6. The vibrator 6 applies a force corresponding to the output signal of the signal generator 2a to the test piece T via the vibration bar 6a and the impedance head 8. An acceleration sensor (not shown) built in the impedance head 8 detects the vibration acceleration of the test piece T at the excitation point. The charge amplifier 10 converts the charge output from the impedance head 8 into a voltage signal and outputs the voltage signal to the 2ch filter 12. FIG. 4 shows an example of the output waveform of the charge amplifier 10. Referring to FIG. 4, the vibration acceleration of the test piece T at the excitation point vibrates for about seven periods in accordance with the sinusoidal excitation force by the vibrator 6, and after the completion of the excitation, the amplitude gradually decreases. It can be seen that the waveform is drawn.
[0032]
The output signal of the charge amplifier 10 is first input to the high-pass filter of the 2ch filter 12, and the frequency component of 190 Hz or less is removed. The signal that has passed through the high-pass filter is then input to the low-pass filter, and frequency components of 480 Hz or higher are removed. For this reason, the signal having passed through the 2ch filter 12 includes a frequency component of 190 to 480 Hz. FIG. 5 shows an example of the output signal of the 2ch filter 12. From FIG. 5, it can be seen that the damped vibration waveform after the end of excitation is close to the theoretical damped free vibration waveform of the one-degree-of-freedom system. This is presumably because the vibration component of the resonance mode other than the secondary resonance mode is removed by the 2ch filter 12.
[0033]
The output signal of the 2ch filter 12 is input to the FFT analyzer 2 and converted into digital data by an A / D converter (not shown) built in the FFT analyzer 2. This digital data is temporarily stored in a memory (not shown) built in the FFT analyzer 2 and taken into the personal computer 14 via an input interface board (not shown) built in the personal computer 14. The local maximum value extracting means 14a realized in the personal computer 14 is a local maximum value u of the damped vibration waveform plotted as a square in FIG. ₁ , U ₂ , U _Three , U _Four . . . Extract the value of.
[0034]
The extraction of the maximum value is performed by previously inputting the time at which the excitation by the vibrator 6 is finished into the personal computer 14 and searching for a predetermined number of maximum values that appear after the input time by a program. It is. Alternatively, the time-series vibration waveform captured by the personal computer 14 can be displayed on the display, and the point of the maximum value to be selected can be clicked with the mouse. Further, the maximum value to be extracted can be automatically searched by the program from the captured time-series vibration waveform.
[0035]
The loss coefficient calculation means 14b realized in the personal computer 14 calculates the logarithmic decay rate δ by substituting the extracted maximum value into the following equation.

Next, the loss coefficient η is calculated by substituting the calculated logarithmic decay rate δ into the following equation.

The calculated loss factor η is displayed on a display (not shown) of the personal computer 14.
[0036]
Where ln (u) calculated by equation (10) ₁ / U ₂ ), Ln (u ₂ / U _Three ), Ln (u _Three / U _Four ). . . In theory, these values agree with each other, but when the values are calculated based on experimental data, they generally do not agree. Therefore, in this embodiment, these values are averaged to obtain the logarithmic attenuation rate δ. Alternatively, the point (u ₂ , U ₁ ), (U _Three , U ₂ ), (U _Four , U _Three ). . . 7 may be plotted, a straight line passing through the vicinity of these points may be obtained by the least square method or the like, and the loss factor η may be calculated from the slope θ of the straight line using Equation (1).
[0037]
In the above procedure, the loss factor η is calculated using only the maximum value, but the loss factor η is calculated based on both amplitudes of the damped vibration waveform using the maximum value and the minimum value. You can also. That is, the absolute value of the minimum value plotted with a triangle in FIG. ₁ , V ₂ , V _Three , V _Four . . . As

The logarithmic attenuation rate δ can be calculated by the above equation, and the loss coefficient η can be obtained by the equation (11).
[0038]
According to the apparatus for measuring a coefficient related to vibration energy loss of the embodiment of the present invention, the object to be measured is vibrated by a sine wave burst signal having a mode frequency at which the loss coefficient is to be measured. The vibration of the mode to be measured can be effectively generated.
[0039]
In addition, according to the coefficient measuring device for vibration energy loss of the embodiment of the present invention, the acceleration vibration waveform measured by the impedance head is passed through the bandpass filter, so that it is not affected by other resonance modes, It is possible to collect a damped vibration waveform of a resonance mode to be measured with high accuracy.
[0040]
Furthermore, according to the apparatus for measuring a coefficient related to vibration energy loss according to the embodiment of the present invention, an approximate expression such as the half width method is not used for calculating a coefficient related to vibration energy loss. Even when the loss is large, the loss coefficient can be obtained with high accuracy.
[0041]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment, the case of obtaining the loss coefficient η of the damping steel plate has been described. However, any other object can be used as the measurement object. In the above-described embodiment, the loss coefficient η is obtained. However, the present invention can be used to substantially reduce vibration energy loss that can be directly or indirectly converted and converted based on the loss coefficient η. Any relevant coefficient can be determined.
[0042]
In the above-described embodiment, the coefficient relating to the vibration energy loss is obtained based on the time-series acceleration vibration waveform measured by the accelerometer, but the time-series displacement vibration waveform and speedometer measured by the displacement meter are obtained. The coefficient for vibration energy loss can be obtained based on an arbitrary time-series vibration waveform such as a time-series velocity vibration waveform measured by the above.
[0043]
Furthermore, in the embodiment described above, the loss coefficient is obtained based on the maximum value of the attenuation waveform, but the loss coefficient can also be obtained based on the minimum value of the attenuation waveform in the same procedure.
In the above-described embodiment, the measured time-series vibration waveform is passed through the bandpass filter. However, when the influence of the higher-order resonance mode is less than the resonance mode to be measured, the bandpass filter A high-pass filter can be used instead.
[0044]
【The invention's effect】
According to the coefficient measuring method and apparatus for vibration energy loss of the present invention, the coefficient regarding vibration energy loss at the mode frequency can be measured even in the secondary or higher resonance mode.
Further, according to the method and apparatus for measuring a coefficient relating to vibration energy loss of the present invention, it is possible to accurately measure a coefficient relating to vibration energy loss of a measurement object having a large vibration energy loss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a coefficient measuring apparatus for vibration energy loss according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph of a frequency response curve of a transfer function of a test piece that is an object to be measured.
FIG. 3 is a graph of an output signal waveform of a signal generator.
FIG. 4 is a graph of an acceleration vibration waveform of a test piece measured by an acceleration sensor.
5 is a graph of a vibration waveform obtained by passing the acceleration vibration waveform of FIG. 4 through a band-pass filter.
FIG. 6 is a graph of a damped vibration waveform by conventional impulse excitation.
7 is a graph plotting the maximum value of the damped vibration waveform of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an enlarged view of a resonance peak of a resonance mode in which a loss factor of a conventional frequency response curve is to be calculated.
[Explanation of symbols]
T specimen
1 Measuring apparatus for coefficient relating to vibration energy loss
2 FFT analyzer
2a Signal generator
4 Power amplifier
6 Exciter
6a Excitation bar
8 Impedance head
10 Charge amplifier
12 2ch filter
14 Personal computer
14a Maximum value extraction means
14b Loss coefficient calculation means
16 Thermostatic bath

Claims

A method of measuring the coefficient on vibration energy loss of the plate-shaped object to be measured,
Specifying a mode frequency of a resonance mode in which a coefficient of the plate-like measurement object is to be measured;
Center-supporting vibration of the plate-like object to be measured by a burst wave of the harmonic function of the identified mode frequency;
Collecting a time-series vibration waveform of the plate-like measurement object that has been vibrated;
Passing the sampled time-series vibration waveform through a predetermined frequency selection filter;
Based on the time-series vibration waveform that has passed through the frequency selective filter, calculating a coefficient relating to vibration energy loss of the plate-like measurement object;
A method for measuring a coefficient relating to vibration energy loss.

The step of calculating a coefficient relating to vibration energy loss is a coefficient relating to vibration energy loss based on a plurality of maximum values and / or minimum values of the decay waveform after the excitation by the burst wave of the time series vibration waveform is completed. The measurement method according to claim 1, wherein:

The measurement method according to claim 1, wherein the frequency selection filter is a high-pass filter or a band-pass filter.

The pass frequency band of the band pass filter is selected between the mode frequency of the adjacent lower-order resonance mode of the resonance mode to be measured and the mode frequency of the adjacent higher-order resonance mode of the resonance mode to be measured. The measuring method according to claim 3.

A measuring device for measuring a coefficient relating to vibration energy loss of a plate-like object to be measured,
A signal generating means for generating a burst wave of a harmonic function of a mode frequency of a resonance mode in which a coefficient of the plate-like measurement object is to be measured;
Based on the burst wave generated by this signal generation means, the vibration means for centrally supporting and vibrating the plate-like measurement object;
Vibration detecting means for detecting a time-series vibration waveform of the plate-like measurement object that has been vibrated;
Filter means for passing a predetermined selected frequency of the time-series vibration waveform detected by the vibration detection means;
Based on the time-series vibration waveform that has passed through the filter means, calculating means for calculating a coefficient relating to vibration energy loss of the plate-like measurement object;
A measuring device for measuring a coefficient relating to vibration energy loss.