JP4700485B2 - Arithmetic apparatus and test apparatus - Google Patents

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本発明は、対象物に周波数掃引波(スイープ波)を印加したときの応答波と入力波の位相差や振幅を算出する演算装置及び該演算装置を用いた試験装置に関する。   The present invention relates to an arithmetic device that calculates a phase difference and an amplitude of a response wave and an input wave when a frequency sweep wave (sweep wave) is applied to an object, and a test device using the arithmetic device.

従来より、周波数が一定の入力信号を対象物に印加したときの応答信号について、その入力信号に対する位相差や振幅を演算によって求めることは知られている。
すなわち、入力信号(入力波)が振幅が1の正弦波sin xであるとしたとき、応答信号(応答波)f(x)は、一般的にAsin(x+δ) で表される。Aは応答信号の振幅、δは前記入力波に対する位相差である。
ここで、応答波f(x)に入力波と同じ波形sinxを乗算した値fsは、次の式(1)のように表される。

Figure 0004700485
このfsを1/2周期(0〜πまで)積分した値Fsは、次の式(2)のようになる。
Figure 0004700485
2. Description of the Related Art Conventionally, it is known to calculate a phase difference and an amplitude of a response signal when an input signal having a constant frequency is applied to an object by calculation.
That is, when the input signal (input wave) is a sine wave sin x having an amplitude of 1, the response signal (response wave) f (x) is generally represented by Asin (x + δ). A is the amplitude of the response signal, and δ is the phase difference with respect to the input wave.
Here, a value fs obtained by multiplying the response wave f (x) by the same waveform sinx as that of the input wave is expressed by the following equation (1).
Figure 0004700485
A value Fs obtained by integrating fs by 1/2 period (from 0 to π) is expressed by the following equation (2).
Figure 0004700485

同様に、応答波f(x)に入力波sinxの位相を90°ずらした波形cos xを乗算した値fcは、次の式(3)のようになる。

Figure 0004700485
このfcを1/2周期(0〜πまで)積分したFcは、次の式(4)となる。
Figure 0004700485
Similarly, a value fc obtained by multiplying the response wave f (x) by a waveform cos x obtained by shifting the phase of the input wave sinx by 90 ° is expressed by the following equation (3).
Figure 0004700485
Fc obtained by integrating this fc by 1/2 period (from 0 to π) is expressed by the following equation (4).
Figure 0004700485

上記式(2)と式(4)より、応答波の振幅A及び入力波との位相差δが次式のように求められる。

Figure 0004700485
なお、上記においては積分期間を1/2周期(0→π)としたが、積分期間を1/2周期の正の整数倍の期間としたときも、同様にして振幅Aと位相差δを求めることができる。 From the above equations (2) and (4), the amplitude A of the response wave and the phase difference δ between the input wave and the input wave are obtained as follows.
Figure 0004700485
In the above description, the integration period is ½ cycle (0 → π). However, when the integration period is a positive integer multiple of ½ cycle, the amplitude A and the phase difference δ are similarly set. Can be sought.

このように、周波数が一定の入力波sinxを印加したときの応答波f(x)=Asin(x+δ)
の振幅A及び位相差δは、応答波f(x)に入力波と同じ波形sinxを乗じたfsを1/2周期の正の整数倍の期間積分したFs、及び、応答波f(x)に入力波と位相が90°異なる波形cosxを乗じたfcを1/2周期の正の整数倍の期間積分したFcを算出し、該FsとFcとから演算により求めることができる。
なお、デジタル処理を行なう場合には、各サンプリングタイミングにおける入力波のサンプルデータ、入力波と位相が90°異なる信号のサンプルデータ及び応答波のサンプルデータを用いて前記fs及びfcに対応するサンプル値を算出し、1/2周期(又はその正の整数倍)に対応する期間のfs及びfcのサンプル値を積算して前記Fs及びFcに対応する値を求めて、上記式(5)により応答波の振幅A及び位相差δを算出すればよい。
Thus, the response wave f (x) = Asin (x + δ) when the input wave sinx having a constant frequency is applied.
Of the response wave f (x) multiplied by the same waveform sinx as the input wave, Fs obtained by integrating the response wave f (x) with a positive integer multiple of ½ period, and the response wave f (x). Fc obtained by integrating fc obtained by multiplying the input wave by a waveform cosx whose phase is 90 ° different from that of the input wave by a positive integer multiple of ½ cycle can be obtained by calculation from the Fs and Fc.
When digital processing is performed, sample data corresponding to fs and fc using sample data of an input wave at each sampling timing, sample data of a signal whose phase differs from the input wave by 90 °, and sample data of a response wave Is calculated, and the values corresponding to Fs and Fc are obtained by accumulating the sample values of fs and fc in the period corresponding to 1/2 period (or a positive integer multiple thereof), and the response is obtained by the above equation (5). The wave amplitude A and the phase difference δ may be calculated.

このような演算処理は、例えば、多軸試験機において供試体に繰り返し負荷を印加して、引張り・圧縮試験を行う場合に、各々の軸の振幅と位相差の制御を行うときなどにも用いられている。演算によって応答波の振幅と位相差を迅速に求めることができるため、各軸への入力波の振幅及び位相を修正してフィードバック制御を行うことができる。   Such arithmetic processing is also used, for example, when controlling the amplitude and phase difference of each axis when performing a tensile / compression test by repeatedly applying a load to the specimen in a multi-axis testing machine. It has been. Since the amplitude and phase difference of the response wave can be quickly obtained by calculation, feedback control can be performed by correcting the amplitude and phase of the input wave to each axis.

材料試験機において、供試体にスイープ波(振幅が一定で周波数が連続的に変化する信号)を与え、共振点を求めるピーク検出試験が行われている。
また、多軸試験機において、各々の軸(例えば、6軸)の振幅と位相差を制御しつつ供試体に繰り返し負荷を印加して引張り・圧縮試験を行うときに、スイープ波を載荷することが求められている。
上述のように、一定の周波数の入力波を用いる場合には、応答波の振幅(A)と位相差(δ)を演算により求めることができる。
しかし、入力波が、周波数が時間とともに連続的に変化するスイープ波であるときに、デジタル処理において上述した一般式を使う場合は、スイープ波の周波数が変化するのに合わせてサンプリング間隔(Δt)を変化させて、各サンプリングタイミングにおける位相角の変化量を一定に保つ必要があるが、これをソフトウェアで処理することは困難で、特別なハードウエアが必要であった。
そこで、従来は、周波数が変化するスイープ波の位相検出を行なう場合、周波数成分の変化による位相検出精度を保証する方法として、1周期において一定位相角で一定数のサンプルデータが出力・計測できる特別なハードウエアによる構成で行っていた。
しかし、この場合には、サンプリング間隔(Δt)が一定ではないため、収集された試験データが他の解析(例えば、FFT解析等)に使用することができないなど実用上問題があった。
In a material testing machine, a peak detection test for obtaining a resonance point by applying a sweep wave (a signal whose amplitude is constant and a frequency continuously changes) to a specimen is performed.
Also, in a multi-axis testing machine, when a tension / compression test is performed by repeatedly applying a load to the specimen while controlling the amplitude and phase difference of each axis (for example, 6 axes), loading a sweep wave Is required.
As described above, when an input wave having a constant frequency is used, the amplitude (A) and the phase difference (δ) of the response wave can be obtained by calculation.
However, when the input wave is a sweep wave whose frequency changes continuously with time and the general formula described above is used in digital processing, the sampling interval (Δt) is adjusted in accordance with the change of the frequency of the sweep wave. It is necessary to keep the amount of change in the phase angle at each sampling timing constant, but it is difficult to process this with software, and special hardware is required.
Therefore, in the past, when detecting the phase of a sweep wave whose frequency changes, a special method that can output and measure a fixed number of sample data at a fixed phase angle in one cycle is a method for guaranteeing phase detection accuracy due to changes in frequency components. It was done with a configuration with simple hardware.
However, in this case, since the sampling interval (Δt) is not constant, there is a practical problem such that the collected test data cannot be used for other analysis (for example, FFT analysis).

又、上述のような特別なハードウエアを用いないときには、周波数をステップ状に変化させるステップスイープ法により処理していた。
ステップスイープ法は一定周波数ごとに周波数成分が与えられるため、周波数間隔の間の周波数成分は与えられない。
図4は、ステップスイープ法によりピーク検出試験を実施したときの結果の一例を示す図であり、横軸が周波数、縦軸がゲインを示している。この図に示すように、ステップスイープ法による場合には、ゲインがピークとなる周波数を直接検出することができない場合がある。
このため、ステップスイープ法の場合、重要な周波数が抜けてしまわないように周波数間隔を詰めて短くする必要が発生する。また、周波数範囲を詰めても必ず周波数が全て与えられるという保証はない。
さらに、ステップスイープ法で、多軸加振機間の位相を一定制御したい場合、計測・制御の安定化及び周波数切り換え時のタイミングを合わせる必要から、必ず各ステップごとに一定周波数で複数周期の加振を行わなければならない。このような方式で制御する場合、試験条件として一定時間内にスイープを行う条件が与えられた場合、この時間内でスイープを終了させるためには周波数間隔を一定以上密にすることはできないという問題がある。以上のような理由により、このような条件の試験においては連続スイープを行う必要がある。
When the special hardware as described above is not used, the processing is performed by the step sweep method in which the frequency is changed stepwise.
In the step sweep method, a frequency component is given for each constant frequency, and thus no frequency component is given during the frequency interval.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a result when a peak detection test is performed by the step sweep method, where the horizontal axis indicates the frequency and the vertical axis indicates the gain. As shown in this figure, in the case of the step sweep method, the frequency at which the gain reaches a peak may not be directly detected.
For this reason, in the case of the step sweep method, it is necessary to shorten the frequency interval so that an important frequency is not lost. Also, there is no guarantee that all frequencies will be given even if the frequency range is narrowed.
In addition, if you want to control the phase between multi-axis shakers with the step sweep method, it is necessary to synchronize the timing of measurement / control and frequency switching. You have to shake it. When controlling in such a manner, if a condition for sweeping within a certain time is given as a test condition, the frequency interval cannot be made more than a certain value in order to finish the sweep within this time. There is. For the above reasons, it is necessary to perform a continuous sweep in a test under such conditions.

そこで本発明は、周波数が時間とともに連続的に変化するスイープ波を入力波としたときに、応答波の入力波に対する位相差と振幅を演算により検出することができる演算装置及び該演算装置を用いた試験装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention uses an arithmetic device capable of detecting a phase difference and an amplitude of a response wave with respect to an input wave by calculation when the sweep wave whose frequency continuously changes with time is used as the input wave, and the arithmetic device. The purpose is to provide a test apparatus.

上記目的を達成するために、本発明の演算装置は、振幅が一定で周波数が掃引される正弦波信号である入力信号を対象物に印加したときの応答信号と前記入力信号との位相差を算出する演算装置であって、一定の時間間隔とされた各サンプリングタイミングにおける、前記入力信号のサンプルデータfsin、前記入力信号と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcos、前記応答信号のサンプルデータfo及び前記入力信号の位相角の変化量のデータΔθが入力され、前記応答信号のサンプルデータfoと前記入力信号のサンプルデータfsinと前記入力信号の位相角の変化量のデータΔθの積を算出する第1の乗算手段、該第1の乗算手段の演算結果(fo×fsin×Δθ)を1/2周期の正の整数倍の期間にわたって積算する第1の加算手段、前記応答信号のサンプルデータfoと前記入力信号と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcosと前記入力信号の位相角の変化量のデータΔθの積を算出する第2の乗算手段、該第2の乗算手段の演算結果(fo×fcos×Δθ)を1/2周期の正の整数倍の期間にわたって積算する第2の加算手段、及び、前記第2の加算手段の演算結果と前記第1の加算手段の演算結果の比に基づいて前記入力信号と前記応答信号の位相差δを算出する演算手段を有するものである。
さらに、前記第1の加算手段の演算結果の2乗と前記第2の加算手段の演算結果の2乗の和の平方根を演算することにより、前記応答信号の振幅Aを算出する手段を有するものである。
In order to achieve the above object, the arithmetic device of the present invention calculates a phase difference between a response signal and an input signal when an input signal, which is a sine wave signal having a constant amplitude and a swept frequency, is applied to an object. An arithmetic device for calculating, wherein the sampling data fsin of the input signal, the sampling data fcos of a signal whose phase differs from the input signal by 90 °, and the sampling data fo of the response signal at each sampling timing set at a fixed time interval And the phase difference change data Δθ of the input signal are inputted, and the product of the response signal sample data fo, the input signal sample data fsin, and the phase angle change amount data Δθ of the input signal is calculated. A first multiplying unit, a first adding unit for accumulating the calculation result (fo × fsin × Δθ) of the first multiplying unit over a period of a positive integer multiple of ½ cycle, the response Second multiplying means for calculating the product of the sample data fo of the signal and the sample data fcos of the signal whose phase is 90 ° different from the input signal and the data Δθ of the change amount of the phase angle of the input signal, the second multiplying means Of the calculation result (fo × fcos × Δθ) over a period of a positive integer multiple of ½ cycle, and the calculation result of the second addition unit and the first addition unit Computation means for calculating the phase difference δ between the input signal and the response signal based on the ratio of the computation results is provided.
And a means for calculating the amplitude A of the response signal by calculating the square root of the sum of the square of the calculation result of the first addition means and the square of the calculation result of the second addition means. It is.

また、本発明の試験装置は、供試体の複数の載荷点に位相の異なるスイープ波を載荷して試験を行う、前記演算装置を用いた試験装置であって、一定の時間間隔とされた各サンプリングタイミングにおける、前記スイープ波のサンプルデータ、前記スイープ波と位相が90°異なる信号のサンプルデータ及び前記スイープ波の位相角の変化量のデータを出力するスイープ波発生手段と、前記複数の載荷点にそれぞれ対応して設けられ、前記スイープ波発生手段から出力される前記スイープ波の位相を制御する複数の位相制御手段と、前記複数の位相制御手段にそれぞれ対応して設けられ、各位相制御手段から出力されるスイープ波を対応する載荷点に載荷する複数の載荷手段と、前記複数の載荷点にそれぞれ対応して設けられ、各載荷点における前記供試体の動きを示す応答波のサンプルデータを出力する複数の検出手段と、前記複数の検出手段にそれぞれ対応して設けられた複数の演算手段であって、各演算手段は、対応する検出手段から出力される応答波のサンプルデータと、前記スイープ波発生手段からの前記スイープ波のサンプルデータ、前記スイープ波と位相が90°異なる信号のサンプルデータ及び前記スイープ波の位相角の変化量のデータとに基づいて、前記スイープ波と対応する検出手段から出力される応答波の位相差を算出する前記演算装置である複数の演算手段とを有し、前記複数の位相制御手段は、それぞれ対応する前記演算手段により算出された位相差に基づいて、対応する載荷手段に供給するスイープ波の位相を制御するようになされているものである。 Further, the test apparatus of the present invention is a test apparatus using the above-mentioned arithmetic unit, which performs a test by loading sweep waves having different phases on a plurality of loading points of a specimen, and each of the test apparatuses has a constant time interval. Sweep wave generating means for outputting sample data of the sweep wave, sample data of a signal that is 90 ° out of phase with the sweep wave, and change amount data of the phase angle of the sweep wave at a sampling timing, and the plurality of loading points A plurality of phase control means for controlling the phase of the sweep wave output from the sweep wave generation means, and a plurality of phase control means provided corresponding to the plurality of phase control means, respectively. A plurality of loading means for loading the sweep wave output from the corresponding loading point, and a plurality of loading points corresponding to the plurality of loading points, respectively. Wherein a plurality of detecting means for outputting a sample data of the response wave indicating the motion of the specimen, a plurality of operation means provided corresponding to said plurality of detection means that, each operation means, the corresponding Sample data of the response wave output from the detection means, sample data of the sweep wave from the sweep wave generation means, sample data of a signal that is 90 ° out of phase with the sweep wave, and amount of change in the phase angle of the sweep wave And a plurality of calculation means that are the calculation devices for calculating the phase difference of the response wave output from the detection means corresponding to the sweep wave, and the plurality of phase control means, respectively, Based on the phase difference calculated by the corresponding computing means, the phase of the sweep wave supplied to the corresponding loading means is controlled.

本発明の演算装置及び試験装置によれば、一定の時間間隔でサンプリングしているときの応答波の位相差と振幅を検出することができるため、スイープに同期させてサンプリング周期を変えるような特別なハードウエアが必要でなくなり、ハードウエアはD/A変換器とA/D変換器のみで構成することが可能となり、全てソフトウェアだけで処理することが可能となった。
また、位相検出精度保証のための特別なハードウエアを用いなくとも位相検出精度が保証できるので、特別なハードウエアが不要となり費用の削減が可能となる。
さらに、コントローラでサンプリングと同時に演算処理できるため位相と振幅を高速に検出することができ、位相制御を高速に行ったり、周波数特性解析を高速に行うことができる。
さらにまた、一定サンプリング間隔で収集した波形データであるため、そのデータをそのまま他の解析に使用することができる。
According to the arithmetic device and the test device of the present invention, the phase difference and amplitude of the response wave when sampling is performed at a constant time interval can be detected, so that the sampling period is changed in synchronization with the sweep. Therefore, the hardware can be configured only by the D / A converter and the A / D converter, and all can be processed only by the software.
In addition, since the phase detection accuracy can be guaranteed without using special hardware for guaranteeing the phase detection accuracy, no special hardware is required and the cost can be reduced.
Further, since the controller can perform arithmetic processing simultaneously with sampling, the phase and amplitude can be detected at high speed, phase control can be performed at high speed, and frequency characteristic analysis can be performed at high speed.
Furthermore, since the waveform data is collected at a constant sampling interval, the data can be used for other analysis as it is.

図1の(a)は本発明の演算装置を用いるシステムを示す機能ブロック図であり、(b)は本発明の演算装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の演算装置は、実際には、中央処理装置(CPU)によるソフトウェアにより実現することができる。
図1の(a)において、1は振幅が一定で周波数が時間とともに連続的に変化する正弦波(スイープ波)を発生する関数発生器(スイープ波発生器)、2は該スイープ波が印加される対象物であり、例えば、前記スイープ波が負荷される供試体(試験片)などである。3は本発明の演算装置であり、前記スイープ波発生器1から出力されるスイープ波(入力波)のサンプルデータなどと前記対象物2に取り付けられたセンサなどから出力される応答波のサンプルデータとを入力して前記応答波の振幅や前記入力波に対する位相差を算出する。
前記スイープ波発生器1は、例えば、正弦波sinθの波形サンプルデータを記憶している波形メモリを備え、該波形メモリから各サンプリングタイミングにおける位相に対応した波形サンプルを読み出して出力するものであり、前記対象物2に印加するスイープ波(入力波)のサンプルデータfsinの他に、該入力波と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcos及び各サンプリングタイミングにおける前記入力波の位相角の変化量Δθを出力するように構成されている。ここで、各サンプリングタイミング間の時間間隔(サンプリング間隔)は一定とされている。
該スイープ波発生器1から出力された入力波のサンプルデータfsinは、図示しないD/A変換器やアクチュエータなどを介して前記対象物2に供給される。また、前記入力波のサンプルデータfsin、位相が90°異なる信号のサンプルデータfcos及び各サンプリングタイミングにおける位相角の変化量Δθの各データは前記演算装置3に供給される。一方、前記対象物2からは前記入力波に対する応答波のサンプルデータfoが前記演算装置3に入力される。すなわち、前記対象物2に取り付けられたセンサの出力が図示しないA/D変換器を介して前記演算装置3に供給される。
FIG. 1A is a functional block diagram showing a system using the arithmetic device of the present invention, and FIG. 1B is a functional block diagram showing a configuration of the arithmetic device of the present invention. The arithmetic device of the present invention can actually be realized by software by a central processing unit (CPU).
In FIG. 1A, 1 is a function generator (sweep wave generator) that generates a sine wave (sweep wave) whose amplitude is constant and the frequency continuously changes with time, and 2 is the application of the sweep wave. For example, a specimen (test piece) loaded with the sweep wave. Reference numeral 3 denotes an arithmetic unit according to the present invention, which includes sample data of a sweep wave (input wave) output from the sweep wave generator 1 and sample data of a response wave output from a sensor attached to the object 2. To calculate the amplitude of the response wave and the phase difference with respect to the input wave.
The sweep wave generator 1 includes, for example, a waveform memory that stores waveform sample data of a sine wave sin θ, and reads and outputs a waveform sample corresponding to the phase at each sampling timing from the waveform memory. In addition to the sample data fsin of the sweep wave (input wave) to be applied to the object 2, the sample data fcos of a signal whose phase is 90 ° different from the input wave and the change amount Δθ of the phase angle of the input wave at each sampling timing Is configured to output. Here, the time interval (sampling interval) between each sampling timing is fixed.
The input wave sample data fsin output from the sweep wave generator 1 is supplied to the object 2 via a D / A converter, an actuator, or the like (not shown). Further, the sample data fsin of the input wave, the sample data fcos of a signal whose phase is different by 90 °, and each data of the phase angle variation Δθ at each sampling timing are supplied to the arithmetic unit 3. On the other hand, sample data fo of the response wave to the input wave is input from the object 2 to the arithmetic unit 3. That is, the output of the sensor attached to the object 2 is supplied to the arithmetic unit 3 via an A / D converter (not shown).

図1の(b)は、前記演算装置3の内部構成を示す機能ブロック図である。前記入力波のサンプルデータfsin、前記応答波のサンプルデータfo及び前記位相角の変化量Δθは第1の掛算器4で乗算され、該乗算結果(fsin×fo×Δθ)は、第1の足算器5で所定期間分積算される。この積算期間は、前記入力波の1/2周期(ゼロクロス点から次のゼロクロス点までの間)の正の整数倍の期間であればよく、例えば、1周期(ゼロクロス点から次の次のゼロクロス点までの期間)とされる。
また、前記入力波と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcos、前記応答波のサンプルデータfo及び前記位相角の変化量Δθは、第2の掛算器6で乗算され、該乗算結果(fcos×fo×Δθ)は、第2の足算器7で上述と同様の所定の期間(例えば、1周期)分積算される。
前記第1の足算器5における積算結果Fs(=Σ(fo×fsin×Δθ))と前記第2の足算器7の積算結果Fc(=Σ(fo×fcos×Δθ))は演算器8に入力され、該演算器8において、前記応答波foの振幅A及び前記応答波foの位相差δが次の式(6)及び式(7)に基づいて算出される。

Figure 0004700485
FIG. 1B is a functional block diagram showing the internal configuration of the arithmetic device 3. The input wave sample data fsin, the response wave sample data fo, and the phase angle variation Δθ are multiplied by the first multiplier 4, and the multiplication result (fsin × fo × Δθ) The calculator 5 accumulates for a predetermined period. This integration period may be a period that is a positive integer multiple of a half cycle of the input wave (between the zero cross point and the next zero cross point). For example, one cycle (from the zero cross point to the next zero cross point) Period).
The sample data fcos of the signal whose phase is 90 ° different from that of the input wave, the sample data fo of the response wave, and the change amount Δθ of the phase angle are multiplied by the second multiplier 6, and the multiplication result (fcos × fo × Δθ) is accumulated by the second adder 7 for a predetermined period (for example, one cycle) similar to the above.
The integration result Fs (= Σ (fo × fsin × Δθ)) in the first adder 5 and the integration result Fc (= Σ (fo × fcos × Δθ)) in the second adder 7 are arithmetic units. 8, the computing unit 8 calculates the amplitude A of the response wave fo and the phase difference δ of the response wave fo based on the following equations (6) and (7).
Figure 0004700485

以下、前記演算装置3において実行される演算について詳細に説明する。
まず、アナログ信号の場合について説明する。
周波数が時間に比例して変化するとき(リニアスイープの場合)、角周波数(角速度)ω(t)は次の式で表される。

Figure 0004700485
ここで、ω0は初期角速度、ω1は単位時間当たりの角速度増加量を示す。
ある時間での角度(位相角)θ(t)は角速度の積分で与えられるので、次式のようになる。
Figure 0004700485
ここで、積分定数cは、t=0のときθ(t)=0とすると、c=0となる。
すなわち、
Figure 0004700485
したがって、スイープ波である入力波sinθ(t)は次式で表される。
Figure 0004700485
この入力波に対する応答波f(x)は次式で表される。
Figure 0004700485
Aは応答波の振幅、δは入力波に対する位相差である。 Hereinafter, the calculation executed in the calculation device 3 will be described in detail.
First, the case of an analog signal will be described.
When the frequency changes in proportion to time (in the case of linear sweep), the angular frequency (angular velocity) ω (t) is expressed by the following equation.
Figure 0004700485
Here, ω 0 represents the initial angular velocity, and ω 1 represents the amount of increase in angular velocity per unit time.
Since the angle (phase angle) θ (t) at a certain time is given by the integration of the angular velocity, the following equation is obtained.
Figure 0004700485
Here, the integral constant c is c = 0 when θ (t) = 0 when t = 0.
That is,
Figure 0004700485
Therefore, the input wave sinθ (t) that is a sweep wave is expressed by the following equation.
Figure 0004700485
The response wave f (x) with respect to this input wave is expressed by the following equation.
Figure 0004700485
A is the amplitude of the response wave, and δ is the phase difference with respect to the input wave.

上記応答波f(x)に入力波sinθ(t)と角周波数ω(t)を掛けて積分すると、次式のようになる。

Figure 0004700485
ここで、
Figure 0004700485
とすると、置換積分により、
Figure 0004700485
となる。
ここで、積分区間をx=0→π(1/2周期)とすると、前記式(2)と同様に、
Figure 0004700485
となる。 When the response wave f (x) is multiplied by the input wave sin θ (t) and the angular frequency ω (t) and integrated, the following equation is obtained.
Figure 0004700485
here,
Figure 0004700485
Then, by substitution integration,
Figure 0004700485
It becomes.
Here, if the integration interval is x = 0 → π (1/2 period), as in the above equation (2),
Figure 0004700485
It becomes.

また、上記応答波f(x)に入力波と位相が90°異なる波形cosθ(t)と角周波数ω(t)を掛けて積分すると、次式のようになる。

Figure 0004700485
上と同様の置換積分により、
Figure 0004700485
となる。
積分区間をx=0→π(1/2周期)とすると、前記式(4)と同様に、
Figure 0004700485
となる。 Further, when the response wave f (x) is multiplied by the waveform cos θ (t) and the angular frequency ω (t) that are 90 ° different in phase from the input wave and integrated, the following equation is obtained.
Figure 0004700485
By permutation integration similar to the above,
Figure 0004700485
It becomes.
Assuming that the integration interval is x = 0 → π (1/2 period), as in the equation (4),
Figure 0004700485
It becomes.

したがって、応答波の振幅A及び位相差δを前述した式(5)と同様の式(16)で求めることができる。

Figure 0004700485
すなわち、応答波f(x)と入力波sinθ(t)と角周波数ω(t)(=ω0+ω1t)の積をx(=θ(t)=ω0t+(1/2)ω12)について0→πまで積分した値Fsと、応答波f(x)と入力波と90°位相が異なる波形cosθ(t)と角周波数ω(t)の積をxについて0→πまで積分した値Fcとを用いて、上記式(16)からスイープ波に対する応答波f(x)の振幅Aと位相差δを計算により求めることができる。 Therefore, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave can be obtained by Expression (16) similar to Expression (5) described above.
Figure 0004700485
That is, the product of the response wave f (x), the input wave sin θ (t), and the angular frequency ω (t) (= ω 0 + ω 1 t) is expressed as x (= θ (t) = ω 0 t + (1/2) ω 1 t 2 ), the value Fs integrated from 0 to π, and the product of the response wave f (x), the input wave and the waveform cosθ (t) that is 90 ° out of phase with the angular frequency ω (t) for x 0 → π The amplitude A and the phase difference δ of the response wave f (x) with respect to the sweep wave can be calculated from the above equation (16) using the value Fc integrated up to.

デジタル処理を行う場合には、一定時間間隔の各サンプリングタイミングにおけるサンプルデータを用いて同様に応答波の振幅Aと位相差δを計算により求めることができる。すなわち、前記Fs及びFcに対応する値を算出し、前記式(16)を用いて応答波の振幅Aと位相差δを算出する。
ここで、前記Fsを求める式(12)における3つの項のうち、Asin(ω0t+(1/2)ω12+δ)=f(x)に対応する値として前記応答波のサンプルデータfoが用いられ、sin(ω0t+(1/2)ω12)=sinθ(t)に対応する値として入力波sinθ(t)のサンプルデータfsinが用いられる。また、(ω0+ω1t)=ω(t)=2πf(t)(角周波数)は位相角θ(t)の微分であり、各サンプリングタイミングにおける位相角θの変化量(差分)(θn−θn-1=Δθ)が用いられる。
したがって、各サンプリングタイミングにおける応答波のサンプルデータfoと入力波のサンプルデータfsinと各サンプリングタイミングにおける位相角θの変化量(Δθ)の積を入力波の1/2周期に対応するxが0〜πの範囲(又は、その正の整数倍の範囲)で積算した値(Σ(fo×fsin×Δθ))が、前記式(13)のFsに対応する値として求められる。
前記図1(b)における掛算器4により各サンプリングタイミングにおける応答波のサンプルデータfoと入力波のサンプルデータfsinと各サンプリングタイミングにおける位相角θの変化量(Δθ)の積(fo×fsin×Δθ)を求め、前記足算器5でxが0〜πの範囲(又は、その正の整数倍の範囲)に対応する掛算器4の出力を積算し、Σ(fo×fsin×Δθ)=Fsを求める。
When digital processing is performed, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave can be similarly obtained by calculation using the sample data at each sampling timing at a constant time interval. That is, values corresponding to the Fs and Fc are calculated, and the amplitude A and the phase difference δ of the response wave are calculated using the equation (16).
Here, among the three terms in the equation (12) for obtaining the Fs, sample data of the response wave as a value corresponding to Asin (ω 0 t + (1/2) ω 1 t 2 + δ) = f (x) fo is used, and the sample data fsin of the input wave sinθ (t) is used as a value corresponding to sin (ω 0 t + (1/2) ω 1 t 2 ) = sinθ (t). Further, (ω 0 + ω 1 t) = ω (t) = 2πf (t) (angular frequency) is a derivative of the phase angle θ (t), and the change amount (difference) of the phase angle θ at each sampling timing (θ n− θ n−1 = Δθ) is used.
Therefore, the product of the response wave sample data fo, the input wave sample data fsin at each sampling timing, and the amount of change (Δθ) of the phase angle θ at each sampling timing is x corresponding to ½ period of the input wave. A value (Σ (fo × fsin × Δθ)) integrated in the range of π (or a positive integer multiple thereof) is obtained as a value corresponding to Fs in the equation (13).
The product (fo × fsin × Δθ) of the response wave sample data fo, the input wave sample data fsin at each sampling timing, and the change amount (Δθ) of the phase angle θ at each sampling timing by the multiplier 4 in FIG. ) And the output of the multiplier 4 corresponding to the range where x is 0 to π (or a range of a positive integer multiple thereof) is integrated by the adder 5, and Σ (fo × fsin × Δθ) = Fs Ask for.

また、Fcを求める式(14)における、入力波と位相が90°異なる波形cos(ω0t+(1/2)ω12)に対応する値として、そのサンプルデータfcosが用いられる。
したがって、各サンプリングタイミングにおける応答波のサンプルデータfoと入力波と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcosと各サンプリングタイミングにおける位相角θの変化量(Δθ)の積を入力波の1/2周期に対応するxが0〜πの範囲(又は、その正の整数倍の範囲)で積算した値(Σ(fo×fcos×Δθ))が、前記式(15)のFcに対応する値として求められる。
すなわち、前記掛算器6で各サンプリングタイミングにおける応答波のサンプルデータfoと入力波と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcosと各サンプリングタイミングにおける位相角θの変化量(Δθ)の積(fo×fcos×Δθ)を求め、前記足算器7でxが0〜πの範囲(又は、その正の整数倍の範囲)に対応する掛算器6の出力を積算し、Σ(fo×fcos×Δθ)=Fcを求める。
In addition, the sample data fcos is used as a value corresponding to the waveform cos (ω 0 t + (1/2) ω 1 t 2 ) that is 90 ° different in phase from the input wave in the equation (14) for obtaining Fc.
Therefore, the product of the sample data fo of the response wave at each sampling timing, the sample data fcos of a signal whose phase differs from the input wave by 90 °, and the amount of change (Δθ) of the phase angle θ at each sampling timing is 1/2 cycle of the input wave A value (Σ (fo × fcos × Δθ)) obtained by integrating x corresponding to x in a range of 0 to π (or a positive integer multiple thereof) is obtained as a value corresponding to Fc in the equation (15). It is done.
That is, the product of the sample data fo of the response wave at each sampling timing and the sample data fcos of the signal whose phase is 90 ° different from the input wave by the multiplier 6 and the change amount (Δθ) of the phase angle θ at each sampling timing (fo × fcos × Δθ) is obtained, and the output of the multiplier 6 corresponding to the range where x is 0 to π (or a positive integer multiple thereof) is integrated by the adder 7, and Σ (fo × fcos × Δθ ) = Fc.

このようにして求めたFsとFcを用いて、前述した式(6)及び式(7)を用いて応答波の振幅Aと位相差δを求めることができる。

Figure 0004700485
すなわち、前記演算器8において、前記足算器5から出力されるFsと前記足算器7から出力されるFcを用い、応答波の振幅Aと位相差δを算出する。 Using the thus-obtained Fs and Fc, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave can be obtained using the above-described equations (6) and (7).
Figure 0004700485
That is, the computing unit 8 calculates the response wave amplitude A and phase difference δ using Fs output from the adder 5 and Fc output from the adder 7.

以上は、周波数が時間に比例して直線的に変化するリニアスイープの場合であったが、周波数が時間に対して指数関数的に変化するログスイープの場合にも同様に、応答波の振幅Aと位相差δを算出することができる。
ログスイープの場合には、角周波数ω(t)は次の式で表される

Figure 0004700485
ここで、ω0は初期角速度、ω1は単位時間当たりの角速度増加倍率を示す。
ある時間での角度θ(t)は、次式のようになる。
Figure 0004700485
ここで、積分定数cは、t=0のときθ(t)=0とすると、
Figure 0004700485
となり、角度θ(t)は、次式のようになる。
Figure 0004700485
したがって、入力波sinθ(t)は次式で表される。
Figure 0004700485
この入力波に対する応答波f(x)は、次式で表される。
Figure 0004700485
Aは応答波の振幅、δは入力波に対する位相差である。 The above is the case of the linear sweep in which the frequency changes linearly in proportion to the time. Similarly, in the case of the log sweep in which the frequency changes exponentially with respect to the time, similarly, the amplitude A of the response wave And the phase difference δ can be calculated.
In the case of log sweep, the angular frequency ω (t) is expressed by the following equation:
Figure 0004700485
Here, ω 0 represents an initial angular velocity, and ω 1 represents an angular velocity increase magnification per unit time.
The angle θ (t) at a certain time is expressed by the following equation.
Figure 0004700485
Here, if the integral constant c is θ (t) = 0 when t = 0,
Figure 0004700485
Thus, the angle θ (t) is as follows.
Figure 0004700485
Therefore, the input wave sinθ (t) is expressed by the following equation.
Figure 0004700485
The response wave f (x) with respect to this input wave is expressed by the following equation.
Figure 0004700485
A is the amplitude of the response wave, and δ is the phase difference with respect to the input wave.

上記応答波f(x)に入力波sinθ(t)と角周波数ω(t)を掛けて積分すると、次式のようになる。

Figure 0004700485
ここで、
Figure 0004700485
とすると、置換積分により、
Figure 0004700485
となる。
積分区間をx=0→π(1/2周期)とすると、前記式(2)と同様に、
Figure 0004700485
となる。 When the response wave f (x) is multiplied by the input wave sin θ (t) and the angular frequency ω (t) and integrated, the following equation is obtained.
Figure 0004700485
here,
Figure 0004700485
Then, by substitution integration,
Figure 0004700485
It becomes.
Assuming that the integration interval is x = 0 → π (1/2 period), as in the equation (2),
Figure 0004700485
It becomes.

また、上記応答波f(x)に入力波と位相が90°異なる波形cosθ(t)と角周波数ω(t)を掛けて積分すると、次式のようになる。

Figure 0004700485
上と同様の置換積分により、
Figure 0004700485
となり、積分区間をx=0→π(1/2周期)とすると、前記式(4)と同様に、
Figure 0004700485
となる。
したがって、応答波の振幅A及び位相差δを前述した式(16)で求めることができる。
Figure 0004700485
デジタル処理の場合にも、上述の場合と同様にして、上述した式(6)及び式(7)により応答波の振幅A及び位相差δを算出することができる。
このように、ログスイープの場合にも、上述したリニアスイープの場合と同様にして、応答波の振幅A及び位相差δを算出することができる。 Further, when the response wave f (x) is multiplied by the waveform cos θ (t) and the angular frequency ω (t) that are 90 ° different in phase from the input wave and integrated, the following equation is obtained.
Figure 0004700485
By permutation integration similar to the above,
Figure 0004700485
Assuming that the integration interval is x = 0 → π (1/2 period), as in the equation (4),
Figure 0004700485
It becomes.
Therefore, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave can be obtained by the above-described equation (16).
Figure 0004700485
Also in the case of digital processing, similarly to the above-described case, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave can be calculated by the above-described equations (6) and (7).
Thus, also in the case of log sweep, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave can be calculated in the same manner as in the case of the linear sweep described above.

このように本発明によれば、前記演算装置3による演算処理により、スイープ波に対する応答波の振幅Aと位相差δを算出することができる。このとき、前述のように、各サンプリングタイミングにおける位相角θの変化量Δθを乗算して積算を行っているために、サンプリング周期(各サンプリングタイミングの時間間隔)は一定でよく、前述のように、特別のハードウエアを必要としない。
なお、前記スイープ波発生器1は、波形メモリを用いてソフトウェアにより実現することができるものであり、A/D、D/A変換器以外の特別なハードウエアを用いることなく、装置を実現することができる。
Thus, according to the present invention, the amplitude A and the phase difference δ of the response wave with respect to the sweep wave can be calculated by the arithmetic processing by the arithmetic device 3. At this time, as described above, since the integration is performed by multiplying the change amount Δθ of the phase angle θ at each sampling timing, the sampling period (time interval of each sampling timing) may be constant, as described above. No special hardware is required.
The sweep wave generator 1 can be realized by software using a waveform memory, and implements an apparatus without using special hardware other than the A / D and D / A converters. be able to.

図2は、前記足算器5及び7により実行される積算の範囲について説明するための図である。
この図において、横軸は時間、縦軸は振幅であり、破線は入力波、実線は応答波の一例を示している。また、t0〜t10は、サンプリングタイミングであり、θ0〜θ10は各サンプリングタイミングt0〜t10における入力波の位相角である。各サンプリングタイミングの間隔は、図示するように、一定の時間間隔Δtとなっている。
前述のように、前記足算器5及び7では、前記掛算器4及び6から出力されるFs及びFcを入力波の1/2周期の倍数(ここでは、1周期とする。)の範囲で積算する。このとき、積算期間である1周期をサンプリングタイミングに合わせて決定すると、図示するように時刻t1〜t10までの期間T’となる。すなわち、前記足算器5及び7では、t1〜t10までの10個のサンプルデータに対する前記掛算器4及び6の出力Fs及びFcを積算する。
FIG. 2 is a diagram for explaining the range of integration executed by the adders 5 and 7.
In this figure, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents amplitude, the broken line represents an input wave, and the solid line represents an example of a response wave. Further, t 0 to t 10 are sampling timings, and θ 0 to θ 10 are phase angles of input waves at the respective sampling timings t 0 to t 10 . Each sampling timing interval is a constant time interval Δt as shown in the figure.
As described above, in the adders 5 and 7, Fs and Fc output from the multipliers 4 and 6 are in the range of a multiple of 1/2 period of the input wave (here, 1 period). Accumulate. At this time, if one period which is an integration period is determined in accordance with the sampling timing, a period T ′ from time t 1 to time t 10 is obtained as shown in the figure. That is, the adders 5 and 7 integrate the outputs Fs and Fc of the multipliers 4 and 6 with respect to ten sample data from t 1 to t 10 .

ここで、サンプリング点数が少ない場合には、上述のようなサンプリングタイミングに合わせた積算では、正確な結果が得られないことがある。すなわち、図において、点PからQまでが正確な1/2周期、QからRまでが正確な1/2周期であり、1周期の積算を行なう場合には、P点からR点までの積算を行うことが望ましい。
そこで、前記入力波のゼロクロス点(P,Q,R)を検出し、前記θ0からθ1の区間についてはε1の部分の値を用い、θ9からθ10の区間についてはε2の部分の値を用いて、前記掛算器4及び6の出力の積算を行うようにする。これにより、正確な1周期Tの区間に対する積算結果を求めることができ、誤差をより少なくすることができる。なお、1周期ではなく、1/2周期の演算をするときには、図示するT1、T2の各区間ごとに演算すればよい。
Here, when the number of sampling points is small, an accurate result may not be obtained by integration according to the sampling timing as described above. That is, in the figure, from point P to Q is an accurate ½ cycle, from Q to R is an accurate ½ cycle, and when performing integration for one cycle, integration from point P to point R It is desirable to do.
Therefore, the zero cross point (P, Q, R) of the input wave is detected, the value of ε 1 is used for the section from θ 0 to θ 1 , and the value of ε 2 is used for the section from θ 9 to θ 10 . Using the value of the portion, the outputs of the multipliers 4 and 6 are integrated. Thereby, it is possible to obtain an integration result for an accurate section of one cycle T, and to reduce errors. In addition, when calculating 1/2 cycle instead of 1 cycle, it may be calculated for each section of T1 and T2 shown in the figure.

次に、上述した演算装置を用いた試験装置について説明する。
図3は、本発明の試験装置の一実施の形態である2軸試験機の構成を示す機能ブロック図である。2本のアクチュエータに同じスイープ波を位相をずらして加え、そのときの供試体の動きの位相を検出し、2つのアクチュエータが目的とする位相差となるように制御する。
図3において、10は供試体、11はスイープ波発生器、12は第1の位相検出部、13は第1の位相制御部、14は第1のアクチュエータ、15は第1のアクチュエータ14を駆動するサーボバルブ、16は第1のアクチュエータ15により負荷される荷重又は変位を検出するセンサ、17は第2の位相検出部、18は第2の位相制御部、19は第2のアクチュエータ、20は第2のアクチュエータ19を駆動するサーボバルブ、21は第2のアクチュエータ19により負荷される荷重又は変位を検出するセンサである。
前記第1の位相検出部12,第1の位相制御部13,第1のアクチュエータ14,サーボバルブ15及びセンサ16で、第1のアクチュエータ14に関するフィードバック制御系を構成しており、前記第2の位相検出部17,第2の位相制御部18,第2のアクチュエータ19,サーボバルブ20及びセンサ21で、第2のアクチュエータ19に関するフィードバック制御系を構成している。そして、第1のアクチュエータ14と第2のアクチュエータ19とを位相が所定量(例えば、90°)異なる同じスイープ波で駆動するようになされている。
Next, a test apparatus using the above-described arithmetic device will be described.
FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of a two-axis tester that is an embodiment of the test apparatus of the present invention. The same sweep wave is added to the two actuators while shifting the phase, the phase of the movement of the specimen at that time is detected, and the two actuators are controlled so as to have the target phase difference.
In FIG. 3, 10 is a specimen, 11 is a sweep wave generator, 12 is a first phase detector, 13 is a first phase controller, 14 is a first actuator, and 15 is a first actuator 14. Servo valve, 16 is a sensor for detecting a load or displacement applied by the first actuator 15, 17 is a second phase detector, 18 is a second phase controller, 19 is a second actuator, 20 is A servo valve for driving the second actuator 19 and a sensor 21 for detecting a load or displacement applied by the second actuator 19.
The first phase detector 12, the first phase controller 13, the first actuator 14, the servo valve 15 and the sensor 16 constitute a feedback control system related to the first actuator 14, and the second The phase detector 17, the second phase controller 18, the second actuator 19, the servo valve 20 and the sensor 21 constitute a feedback control system related to the second actuator 19. Then, the first actuator 14 and the second actuator 19 are driven by the same sweep wave whose phase is different by a predetermined amount (for example, 90 °).

前記スイープ波発生器11は、前記図1に示したスイープ波発生器1と同様に構成されており、一定の時間間隔を有する各サンプリングタイミングにおける、振幅が一定で周波数を連続的に変化させた正弦波(スイープ波)のサンプルデータfsin、該スイープ波と位相が90°異なる波形のサンプルデータfcos及び各サンプリングタイミングにおけるスイープ波の位相の変化量のデータΔθを出力する。
また、前記第1の位相検出部12及び第2の位相検出部17は、いずれも、前記図1に示した演算装置3と同様に構成されている。
さらに、前記第1の位相制御部13及び第2の位相制御部18は、前記スイープ発生器11から出力されるスイープ波に対して位相シフトを施して、対応するアクチュエータのサーボバルブ15又は20に出力するものである。これは、例えば、スイープ波のサンプルデータを書き込み位相シフト量に対応した時間経過後に読み出すメモリにより構成することができる。
なお、実際には、上記スイープ波発生器11、各位相検出部12と17、及び、各位相制御部13と18の機能は、いずれも、試験機に設けられているコントローラによるソフトウェアにより実現することができる。
The sweep wave generator 11 is configured in the same manner as the sweep wave generator 1 shown in FIG. 1 and continuously changes the frequency with a constant amplitude at each sampling timing having a constant time interval. Sample data fsin of a sine wave (sweep wave), sample data fcos having a waveform that is 90 ° different in phase from the sweep wave, and data Δθ of a change amount of the phase of the sweep wave at each sampling timing are output.
The first phase detection unit 12 and the second phase detection unit 17 are both configured in the same manner as the arithmetic device 3 shown in FIG.
Further, the first phase control unit 13 and the second phase control unit 18 perform a phase shift on the sweep wave output from the sweep generator 11 to the servo valve 15 or 20 of the corresponding actuator. Output. This can be configured, for example, by a memory that reads sample data of a sweep wave after a lapse of time corresponding to the write phase shift amount.
In practice, the functions of the sweep wave generator 11, the phase detection units 12 and 17, and the phase control units 13 and 18 are all realized by software by a controller provided in the tester. be able to.

そして、前記第1の位相検出部12は、前記第1のアクチュエータ14による第1の載荷点における供試体10の動きを検出する前記センサ16の出力信号を図示しないA/D変換器でデジタルデータに変換した応答波のサンプルデータfo1と、前記スイープ発振器11からのスイープ波のサンプルデータfsin、スイープ波と位相が90°異なる波形のサンプルデータfcos及び各サンプリングタイミングにおけるスイープ波の位相の変化量のデータΔθに基づいて、前述した式(6)及び(7)に基づいて、第1の載荷点における応答波fo1の振幅A1及び前記スイープ波fsinに対する位相差δ1を算出する。そして、該位相差δ1が設定されている位相差(例えば、0°)となるように、前記第1の位相制御部13における位相シフト量を制御する制御信号を出力する。これにより、供試体10の第1の載荷点における動きが、前記スイープ波発生器11からのスイープ波fsinに対してあらかじめ設定された位相(例えば、同相)となるようにフィードバック制御される。 Then, the first phase detector 12 uses an A / D converter (not shown) to convert the output signal of the sensor 16 that detects the movement of the specimen 10 at the first loading point by the first actuator 14 into digital data. Sampled data fo 1 of the response wave converted to, sample data fsin of the sweep wave from the sweep oscillator 11, sample data fcos having a waveform that is 90 ° different in phase from the sweep wave, and the amount of change in the phase of the sweep wave at each sampling timing On the basis of the data Δθ, the amplitude A 1 of the response wave fo 1 at the first loading point and the phase difference δ 1 with respect to the sweep wave f sin are calculated based on the aforementioned equations (6) and (7). Then, a control signal for controlling the phase shift amount in the first phase controller 13 is output so that the phase difference δ 1 becomes a set phase difference (for example, 0 °). Thereby, feedback control is performed so that the movement of the specimen 10 at the first loading point has a phase (for example, the same phase) set in advance with respect to the sweep wave fsin from the sweep wave generator 11.

また、前記第2の位相検出部17は、前記第2のアクチュエータ19による第2の載荷点における供試体10の動きを検出するセンサ21からの応答波のサンプルデータfo2と、前記スイープ発振器11からの各信号に基づいて、第2の載荷点における応答波fo2の振幅A2及び前記スイープ波fsinとの位相差δ2を算出する。そして、該位相差δ2があらかじめ設定されている位相差(例えば、90°)となるように、前記第2の位相制御部18における位相シフト量を制御する制御信号を出力する。これにより、供試体10の第2の載荷点における動きが、前記スイープ波発生器11からのスイープ波fsinに対してあらかじめ設定された位相(例えば、90°)となるようにフィードバック制御される。
このようにして、複数の軸から位相を所定量だけずらした同じスイープ波により載荷することができる。
In addition, the second phase detector 17 includes sample data fo 2 of the response wave from the sensor 21 that detects the movement of the specimen 10 at the second loading point by the second actuator 19, and the sweep oscillator 11. Based on the respective signals from, the amplitude A 2 of the response wave fo 2 at the second loading point and the phase difference δ 2 between the sweep wave f sin are calculated. Then, a control signal for controlling the phase shift amount in the second phase controller 18 is output so that the phase difference δ 2 becomes a preset phase difference (for example, 90 °). Thereby, feedback control is performed so that the movement of the specimen 10 at the second loading point has a phase (for example, 90 °) set in advance with respect to the sweep wave fsin from the sweep wave generator 11.
In this way, it is possible to load with the same sweep wave whose phase is shifted from a plurality of axes by a predetermined amount.

なお、図3には2軸試験機の場合を示したが、さらに多くのアクチュエータを有する場合(例えば、6軸の場合)には、各アクチュエータ対応にセンサ、位相検出部及び位相制御部を設けるようにすればよい。   Although FIG. 3 shows the case of a two-axis tester, when there are more actuators (for example, in the case of six axes), a sensor, a phase detector and a phase controller are provided for each actuator. What should I do?

本発明の演算装置の構成を示す図であり、(a)は本発明の演算装置を用いるシステムを示すブロック図、(b)は本発明の演算装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a figure which shows the structure of the arithmetic device of this invention, (a) is a block diagram which shows the system which uses the arithmetic device of this invention, (b) is a functional block diagram which shows the structure of the arithmetic device of this invention. 積算の範囲について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the range of integration. 本発明の演算装置を用いた試験装置の一実施の形態の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of one Embodiment of the testing apparatus using the arithmetic unit of this invention. 従来のステップスイープ法によるピーク検出について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the peak detection by the conventional step sweep method.

符号の説明Explanation of symbols

1:スイープ波発生器、2:対象物、3:演算装置、4:掛算器、5足算器、6:掛算器、7:足算器、8:演算器、10:供試体、11:スイープ波発生器、12,17:位相検出部、13,18:位相制御部、14,19:アクチュエータ、15,20:サーボバルブ、16,21:センサ   1: Sweep wave generator, 2: Object, 3: Computing device, 4: Multiplier, 5-adder, 6: Multiplier, 7: Adder, 8: Calculator, 10: Specimen, 11: Sweep wave generator, 12, 17: Phase detector, 13, 18: Phase controller, 14, 19: Actuator, 15, 20: Servo valve, 16, 21: Sensor

Claims (3)

振幅が一定で周波数が掃引される正弦波信号である入力信号を対象物に印加したときの応答信号と前記入力信号との位相差を算出する演算装置であって、
一定の時間間隔とされた各サンプリングタイミングにおける、前記入力信号のサンプルデータfsin、前記入力信号と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcos、前記応答信号のサンプルデータfo及び前記入力信号の位相角の変化量のデータΔθが入力され、
前記応答信号のサンプルデータfoと前記入力信号のサンプルデータfsinと前記入力信号の位相角の変化量のデータΔθの積を算出する第1の乗算手段、
該第1の乗算手段の演算結果(fo×fsin×Δθ)を1/2周期の正の整数倍の期間にわたって積算する第1の加算手段、
前記応答信号のサンプルデータfoと前記入力信号と位相が90°異なる信号のサンプルデータfcosと前記入力信号の位相角の変化量のデータΔθの積を算出する第2の乗算手段、
該第2の乗算手段の演算結果(fo×fcos×Δθ)を1/2周期の正の整数倍の期間にわたって積算する第2の加算手段、及び、
前記第2の加算手段の演算結果と前記第1の加算手段の演算結果の比に基づいて前記入力信号と前記応答信号の位相差δを算出する演算手段
を有することを特徴とする演算装置。
An arithmetic device that calculates a phase difference between a response signal and an input signal, which is a sinusoidal signal whose amplitude is constant and frequency is swept, to an object,
The sample data fsin of the input signal, the sample data fcos of a signal that is 90 ° out of phase with the input signal, the sample data fo of the response signal, and the phase angle of the input signal at each sampling timing set at a fixed time interval Change data Δθ is input,
First multiplication means for calculating a product of the response signal sample data fo, the input signal sample data fsin, and a phase angle change amount data Δθ of the input signal;
First addition means for integrating the calculation results (fo × fsin × Δθ) of the first multiplication means over a period of a positive integer multiple of ½ cycle;
Second multiplication means for calculating a product of sample data fo of the response signal, sample data fcos of a signal whose phase is 90 ° different from the input signal, and data Δθ of the change amount of the phase angle of the input signal;
Second addition means for integrating the calculation result (fo × fcos × Δθ) of the second multiplication means over a period of a positive integer multiple of ½ cycle; and
An arithmetic device comprising: arithmetic means for calculating a phase difference δ between the input signal and the response signal based on a ratio of a calculation result of the second addition means and a calculation result of the first addition means.
前記第1の加算手段の演算結果の2乗と前記第2の加算手段の演算結果の2乗の和の平方根を演算することにより、前記応答信号の振幅Aを算出する手段を有することを特徴とする請求項1記載の演算装置。   And a means for calculating an amplitude A of the response signal by calculating a square root of a sum of a square of a calculation result of the first addition means and a square of a calculation result of the second addition means. The arithmetic unit according to claim 1. 供試体の複数の載荷点に位相の異なるスイープ波を載荷して試験を行う、前記請求項1記載の演算装置を用いた試験装置であって、
一定の時間間隔とされた各サンプリングタイミングにおける、前記スイープ波のサンプルデータ、前記スイープ波と位相が90°異なる信号のサンプルデータ及び前記スイープ波の位相角の変化量のデータを出力するスイープ波発生手段と、
前記複数の載荷点にそれぞれ対応して設けられ、前記スイープ波発生手段から出力される前記スイープ波の位相を制御する複数の位相制御手段と、
前記複数の位相制御手段にそれぞれ対応して設けられ、各位相制御手段から出力されるスイープ波を対応する載荷点に載荷する複数の載荷手段と、
前記複数の載荷点にそれぞれ対応して設けられ、各載荷点における前記供試体の動きを示す応答波のサンプルデータを出力する複数の検出手段と、
前記複数の検出手段にそれぞれ対応して設けられた複数の演算手段であって、各演算手段は、対応する検出手段から出力される応答波のサンプルデータと、前記スイープ波発生手段からの前記スイープ波のサンプルデータ、前記スイープ波と位相が90°異なる信号のサンプルデータ及び前記スイープ波の位相角の変化量のデータとに基づいて、前記スイープ波と対応する検出手段から出力される応答波の位相差を算出する前記請求項1記載の演算装置である複数の演算手段とを有し、
前記複数の位相制御手段は、それぞれ対応する前記演算手段により算出された位相差に基づいて、対応する載荷手段に供給するスイープ波の位相を制御するものである
ことを特徴とする試験装置。
A test apparatus using the arithmetic unit according to claim 1, wherein the test is performed by loading sweep waves having different phases on a plurality of loading points of the specimen.
Sweep wave generation that outputs sample data of the sweep wave, sample data of a signal that is 90 ° out of phase with the sweep wave, and data on the amount of change in the phase angle of the sweep wave at each sampling timing set at a fixed time interval Means,
A plurality of phase control means that are provided corresponding to the plurality of loading points, respectively, and that control the phase of the sweep wave output from the sweep wave generation means;
A plurality of loading means provided corresponding to each of the plurality of phase control means, and loading a sweep wave output from each phase control means at a corresponding loading point;
A plurality of detecting means provided corresponding to the plurality of loading points, respectively, for outputting sample data of response waves indicating the movement of the specimen at each loading point;
A plurality of calculating means provided corresponding to the plurality of detecting means , each calculating means including response wave sample data output from the corresponding detecting means and the sweep wave from the sweep wave generating means; Based on the sample data of the wave, the sample data of the signal whose phase is 90 ° different from that of the sweep wave, and the data of the change amount of the phase angle of the sweep wave, the response wave output from the detection means corresponding to the sweep wave A plurality of calculation means which are calculation devices according to claim 1 for calculating a phase difference;
The plurality of phase control means controls the phase of the sweep wave supplied to the corresponding loading means based on the phase difference calculated by the corresponding calculation means.
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