JPH0153728B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トラツキング分析装置、特にデイジ
タルフーリエ分析器を用いたトラツキング分析装
置に関し、定幅トラツキングを可能とするもので
ある。

物理的要因により、比較的広帯域の周波数成分
を含む信号が発生する場合、物理的要因の一つを
パラメータとして周波数分析を行うことがしばし
ば必要となり、各種の物理現象を解析するのに有
効な手段となる。

列えば、第１図に示すように、回転駆動源１の
駆動力を歯車２，３を介して伝達する場合、この
回転系４で生じる振動（又は騒音）の内、最終段
の歯車３が寄与している分を求める場合、回転駆
動源１の回転数をパラメータとして、回転系４で
生じる振動信号中の歯車３が寄与している周波数
成分を分析すればよい。第１図において、５は回
転系４の振動又は騒音を検出して電気信号に変換
するピツクアツプ、６は回転駆動源１の１回転に
対して１個の同期信号（SYNC）を発生する同期
信号発生回路である。

第２図Ａ，Ｂは、それぞれ、第１図におけるピ
ツクアツプ５の出力波形および周期信号発生器６
の出力を示している。

本発明は、例えば第１図に示す回転系４で生じ
る振動信号と同期信号とを用いて周波数分析を行
うためのトラツキング分析装置に関するものであ
る。

この種の周波数分析には、高速フーリエ分析器
（FFT分析器）が用いられる。

第３図はFFT分析器を用いた従来のトラツキ
ング分析装置の要部を示している。第３図におい
て、４は第１図に示す回転系、５は回転系４の振
動を検出して電気信号に変換するピツクアツプ、
６は回転系４の回転駆動源１の１回転に対して１
個の同期信号を発生する同期信号発生器である。
７はFFT分析器であり、このFFT分析器７はロ
ーパスフイルタ８、サンプリング回路９、アナロ
グデイジタル変換器１０、FFT演算部１１から
構成されている。ピツクアツプ５の出力は、ロー
パスフイルタ８を介して高周波成分が除去され、
サンプリング回路９でサンプリングされ、Ａ／Ｄ
変換された後に、FFT演算部１１でフーリエ演
算が行なわれる。

第３図において、１２は分周器であり、同期信
号発生器６より出力される同期信号（周期Ｔ）
は、上記分周器１２で所定の分周率で分周されサ
ンプリングクロツクを発生する。このサンプリン
グクロツクによつてFFT分析器内のサンプリン
グ回路９においてピツクアツプ出力がサンプリン
グされる。

第４図Ａ，Ｂは第３図に示すFFT分析器にお
けるフーリエ演算結果を示している。第４図Ａは
回転駆動源１の回転数が低い場合、第４図Ｂは高
速回転時の演算結果を示しており、低速時および
高速時ともに、サンプリング定理により等間隔の
Ｋ個（Ｋ＝Ｓ／2.56、Ｓはサンプリング数）のス
ペクトル列が求まる。

しかしながら、第３図に示す従来例のように、
同期信号を所定の分周率で分周して得たクロツク
でサンプリングした場合には、回転数によつてス
ペクトル幅ΔF１，ΔF２が変化してしまい一定幅
の周波数分析が行なえない欠点があつた。

本発明は上記従来の欠点を除去するものであ
り、同期信号の周期にかかわらず、スペクトル幅
ΔFをΔF≒１／時間の窓Twとすることにより、
定幅トラツキングを実現するものである。

第５図は本発明の基本構成を示しており、サン
プリングクロツク周期演算手段１３において、定
数Ｈ、時間の窓Tw、サンプル数Ｓ、および観測
すべき周波数成分の高調波次数ｎを設定し、同期
信号の周期Ｔに基づいて、サンプリングクロツク
周期τを求め、クロツク発生手段１４により周期
τのクロツクパルスを発生し、このクロツクパル
スをFFT分析器７に印加し、フーリエ演算を行
ないグラフ作表部１５で演算結果を表示するもの
である。

以下に本発明の一実施例の詳細について第６図
とともに説明する。

本実施例のトラツキング分析装置は、第１図に
示す回転駆動源１からの駆動力を複数の歯車２，
３を介して伝達する回転系４において生じる振動
又は騒音の内、最終段の歯車３がどのように寄与
しているかを解析するためのものであり、定幅の
トラツキングを可能とするものである。

第６図において、４は回転系であり、この回転
系４の回転駆動源１の駆動力が歯車２，３を介し
て伝達される。上記回転駆動源１の回転数は変化
するものである。回転系４で発生する振動（又は
駆音）はピツクアツプ５で検出され、電気信号に
変換される。６は同期信号発生器であり、上記回
転駆動源１の１回転に対して１個の同期信号を発
生する。

上記回転系４で発生する振動の内、最終段の歯
車３がどのように寄与しているかを解析するため
に、上記ピツクアツプ５の出力より抽出すべき周
波数成分Ｇ(H)は、以下の通りである。

Ｇ(H)＝回転数×（ギア比×最終段の歯車の歯数） ×高調波次数＝回転数×Ｈ×ｎ ………(1) ただし、 Ｈ：ギア比×最終段の歯車の歯数 ｎ：高調波次数 ｎ＝１、２、３……… 上記Ｈは、回転駆動源１が１回転するときに最
終段の歯車３が発生する振動（又は騒音）の波数
であり、また高調波の次数である。上記ギア比は
必ずしも整数ではなく、Ｈは一般には実数であ
る。

第６図において、１６は同期信号の周期Ｔを順
次記憶する周期記憶手段、１７は周期記憶手段１
６に記憶された周期Ｔ０，Ｔ−１，Ｔ−２……Ｔ
−ｑより次の周期Ｔ０を予測する周期予測手段で
ある。周期Ｔ０を予測する最も簡単な方法は外挿
法であり、過去の周期Ｔ−２とＴ−１よりＴ０を
求めることができる。又、雑音的な変動が周期Ｔ
に含まれる場合は移動平均法により周期Ｔ０を予
測することができる。また、周期Ｔが周期的に変
動する場合には、その周期に合わせたｑを選んで
周期Ｔ０を予測することもできる。

１８は前記回転系で生じる振動の内で、観測し
たい周波数成分の予測、周期Ｔ０における基本波
の周期Ｕ１を計算する演算手段１８では次の演算
が行なわれる。

T0／Ｈ＝U1 １９は上記演算手段１８で演算されたＵ１およ
び時間の窓Twより定数ｍを算出する演算手段で
あり、この演算手段１９では、 1m×U1−Tw1 を最小にするｍ０（正の整数）が算出される。す
なわち、演算手段１９は、ｍ×Ｕ１がTwに最も
近い整数ｍ０を求めるものである。上記時間の窓
Twはフーリエ分析のための時間の窓であり分析
目的のために必要とされる分析周波数帯域、分解
能から予め設定される。

２０は上記演算手段１８，１９により演算され
たＵ１およびｍ０、および分析周波数帯域、分解
能から予め設定されるサンプル数Ｓより、サンプ
リングクロツク周期τを計算する演算手段であ
り、この演算手段２０では m0×U1／Ｓ＝τ が計算される。

２１は演算手段２０で演算されたサンプリング
クロツク周期τと基準クロツク発生器２２の基準
クロツク周期τ_sより分周率ｊ（＝τ／τ_s）を計算
し、分周器２３にその分周率ｊを設定する分周率
設定手段である。上記基準クロツク発生器２２で
発生した周期τ_sの基準クロツクは、分周期２３で
分周され、周期τ（＝jτ_s）のクロツクパルスを出
力する。

第７図は同期信号の予測周期Ｔ０とサンプリン
グクロツクとの関係を示している。第７図Ａは同
期信号（SYNC）であり、Ｔ０は予測された同期
信号の周期、第７図Ｂはピツクアツプ５の出力中
に含まれる観測したい周波数成分であり、Ｈ（＝
ギア比×最終段の歯車の歯数）を仮に5.25とす
る。観測したい高調波次数ｎを１次とすると、Ｇ
(H)は同期信号の１周期Ｔ０に対し5.25個の波数を
有するものとなる。Ｕ１はＧ(H)の１周期を示すも
のであり、Ｇ(H)の１次の信号、すなわち、トラツ
キングして観測したい波形は周期Ｕ１のものであ
る。Twはフーリエ分析のための時間の窓であ
り、サンプル数Ｓとともに、分析周波数帯域、分
解能（ΔF）の要求から予め設定されるものであ
る。なお、サンプル数Ｓを１６とする。ｍ×U1
が時間の窓Twに最も近い値をとる定数ｍ０を求
めると、第７図ではm0＝６であり、６×U1が実
際のフーリエ変換のための時間の窓となり、サン
プリングクロツク（第７図Ｃ）の周期τはτ＝
m0×U1／Ｓ＝６×U1／16で求めることができ
る。

第８図は同期信号の周期Ｔ０よりサンプリング
クロツク周期τを求める流れを示している。

第８図におけるステツプａで同期信号毎にその
周期Ｔを読み、ステツプｂで読み取つたｑ個の周
期Ｔ−ｑ，……Ｔ−１を逐次記憶する。次にステ
ツプｃで記憶された周期より次の周期Ｔ０を予測
する。次にステツプｄで観測したい周波数成分の
高調波次数１次の周期Ｕ１を計算する。この周期
Ｕ１は、同期信号の予測周期Ｔ０と定数Ｈとよ
り、U1＝T0／Ｈで求められる。次にステツプｅ
で1m×U1−Tw1が最小となる整数の定数ｍを求
め、ステツプｆでｍ＝m0と置き、ｍ０，Ｕ１，
Ｓ（サンプル数）より、ステツプｇでサンプリン
グクロツク周期τを計算する。なおτはτ＝
m0×U1／Ｓで求めることができる。ここで、一旦 ｍ＝m0と置くのは、同期信号の周期Ｔが変化す
る時ｍも変化し、フーリエ変換のためのデータサ
ンプリングを行う途中でのｍ０の変化を認めると
フーリエ演算が異常となるため、一回のデータサ
ンプリングでは必ず同じ値のｍ０をサンプリング
クロツク発生のために設定する必要によるもので
ある。ｍ０を切換える時の論理を第９図に示す。
ｍがｍ０に対し変化した場合に、もしフーリエ変
換のサンプリングスタート要求があつた時には直
ちに新しいｍ０を演算手段２０に設定する。又、
フーリエ分析器７にトリガー信号を出力する場合
も新しいｍ０を設定する。これにより、フーリエ
変換のためのサンプリングは、常に最新の予測周
期Ｔ０に対して一定のｍ０により演算された周期
のサンプリングクロツクで行うことができる。

第１０図は時間の窓Twをm0×U1、サンプリ
ングクロツク周期τをm0×U1／Ｓとしてフーリ
エ変換を行つた例を示す。フーリエ変換結果は
Ｓ／2.56個のスペクトル列が有効であり、スペク
トル番号１はm0×U1の基本波、すなわち周期が
m0×U1のスペクトル、スペクトル番号２は周期
がm0×U1の1/2のスペクトル……となる。従つ
て周期Ｕ１のスペクトルは当然ｍ０番目のものと
なり、第７図と対比して６番目のスペクトルが求
めるものである。

第１１図はフーリエ演算結果と、スペクトル番
号１、２…ｍ…2m……Ｋ（Ｓ／2.56）と１次、２
次……のトラツキングスペクトルとの関係を示し
ている。

次に、フーリエ分析器７によるフーリエ演算結
果、および回転系４の同期信号周期又は予測周期
に基づく回転系の回転数をグラフ作表部１５に入
力することにより、第１２図に示すトラツキング
分析結果が得られる。なお、Ｇ(H)の必要な高調波
次数ｎのトラツキング分析結果を取り出すために
は、第６図におけるトラツキングスペクトル番号
設定手段２４で高調波次数ｎを設定することによ
り、ｍ×m0を参照すればよい。

本発明は上記のような構成であり、同期信号の
周期が変つてもフーリエ演算の時間の窓を一定と
することができるため、一定幅のトラツキング分
析ができる利点を有する。また時間の窓を一定に
できるため、フーリエ分析器の不要周波数帯域の
除去フイルタ（LPF）を変える必要がない利点
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はトラツキング分析される回転系の一例
の概略図、第２図は同回転系で発生する振動（又
は騒音）信号および同期信号の信号波形図、第３
図は従来のトラツキング分析装置のブロツク図、
第４図Ａ，Ｂは同装置によるスペクトル分析結果
を示す図、第５図は本発明の一実施例における定
幅トラツキング分析装置の基本構成図、第６図は
同装置のブロツク図、第７図は同装置の動作説明
図、第８図は同装置のサンプリングクロツク周期
を求める流れ図、第９図は同装置の定数ｍを切換
える場合の流れ図、第１０図、第１１図は同装置
のフーリエ演算結果を示す図、第１２図は同装置
のトラツキング分析結果を示す図である。 １……回転駆動源、２，３……歯車、４……回
転系、５……ピツクアツプ、６……同期信号発生
回路、７……フーリエ分析器、８……ローパスフ
イルタ、９……サンプリング回路、１０……アナ
ログ・デイジタル変換器、１１……フーリエ演算
部、１３……サンプリングクロツク周期演算手
段、１４……クロツク発生手段、１５……グラフ
作表部、１６……周期記憶手段、１７……周期予
測手段、１８……演算手段、１８……演算手段、
１９……演算手段、２０……演算手段、２１……
分周率設定手段、２２……基準クロツク発生器、
２３……分周器、２４……トラツキングスペクト
ル番号設定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 任意の周期で信号を発生する信号源の過去の
   周期より次の周期Ｔ０を予測する周期予測手段
   と、上記信号源で発生した信号中に含まれる所定
   周波数成分の上記予測された周期Ｔ０における波
   数より周期Ｕ１を求める第１の演算手段と、上記
   周期Ｕ１と定数ｍ（ただしｍは整数）との積より
   フーリエ演算の時間の窓Twを減じた値が最小と
   なるｍ０を求める第２の演算手段と、上記定数ｍ
   ０と周期Ｕ１とフーリエ演算のサンプル数Ｓより
   サンプリングクロツク周期τ（＝m0×U1／Ｓ）を求 める第３の演算手段と、上記第３の演算手段で求
   められた周期τのクロツクを発生するクロツク発
   生手段と、上記クロツク発生手段で発生したクロ
   ツクによつて上記信号源からの信号をサンプリン
   グしフーリエ演算を行うフーリエ演算手段とを有
   する定幅トラツキング分析装置。