JPH04204250A

JPH04204250A - 共振周波数検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH04204250A
Application number: JP33577990A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakano; 幸一中野; Takamitsu Kashiwamura; 柏村　隆光; Hideo Yoshitome; 英雄吉留; Koichiro Otomo; 大友　皓一郎
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-24
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2726562B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、例えは材料の弾性率、剛性率等の機械的定
数を動的に求める際の材料の共振周波数検出方法及び装
置に関するものである。

（従来の技術）従来周波数分析器搭載による共振周波数検出装置がある
が、かかる従来の共振周波数検出装置は、幾つかの汎用
測定装置（発信器、周波数分析器、増幅器゛や電気現象
観察装置　（オシロスコープ）等）から成なり、操作、
も非常に煩雑で、計測時間も長時間を要していた。また
、装置自体も非常に大きく、可搬性が悪い欠点があった
。

また、従来周波数走査による共振周波数検出装置があり
、これは材料に対して周波数を走査することによって共
振周波数を検出する方式である。

しかし、この装置では、走査の方法が手動或いは、低速
で非能率的である。

更に位相検出を行なう共振周波数検出装置もあるが、こ
れは材料の振動モードによって材料の変位の位相（加振
信号に対するセンサ応答信号の位相の正相、逆相）も検
出する必要がある。しかし、従来の方法では、汎用の位
相検出装置が必要になり、処理自体も複雑で処理時間も
多くを要していた。

（発明が解決しようとする課題）上述したような従来の共振周波数検出装置の欠点に鑑み
、幾つかの汎用測定装置から成る従来の共振周波数検出
装置を専用化することにより、装置のコンパクト化、操
作性の向上と処理の高速化を図る必要がある。また、材
料の種類によって加振を自動的かつ最適に行なうことに
より、高速に共振周波数を検出することが要請されてい
る。更には共振時の位相検出を簡単にかつ高速に行なう
ことが必要である。

この発明は上述のような事情よりなされたものであり、
この発明の目的は、小型で操作性の良い共振周波数検出
装置を提供すると共に、効率的にかつ正確な共振周波数
を検出するための方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）この発明は共振周波数検出方法に関するもので、この発
明の上記目的は、設定した周波数範囲内で加振周波数信
号を自動生成し、前記加振周波数信号でスピーカを介し
て材料を加振し、共振時の前記材料の変位を検出するセ
ンサからの応答信号の最大ピーク値を検出すると共に、
前記応答信号と前記加振周波数信号の正相、逆相信号と
を加算してレベルの比較を行ない、前記応答信号の位相
の検出を併せて行なうことにより、前記材料の共振周波
数を検出することによって達成される。

また、この発明の共振周波数検出装置は、全体の制御を
行なうと共に加振周波数信号の範囲を設定するＣＰＵと
、前記設定範囲に従って前記加振周波数信号を自動的に
生成する発振手段と、前記加振周波数信号を音波で材料
に印加する印加手段と、前記材料のセンサからの応答信
号を＾／Ｄ変換してピークを検出するピーク検出手段と
を設けることによって達成される。

（作用）共振時における材料の最大変位を検出するためのピーク
検出回路と、加振周波数信号に対するセンサ応答信号の
位相（正相、逆相）を検出するための位相検出回路と、
自動的に加振周波数信号を生成するマイクロプロセッサ
（ＣＰＬｌｌ及びプログラマブル発振器とを備えた装置
を構成することで、共振周波数検出装置の専用化が図ら
れている。

この発明では材料の加振を自動的かつ最適に行なうため
に、加振周波数信号を自動的に生成するマイクロプロセ
ッサと、その加振周波数信号を発振するプログラマブル
発振器とを備えた装置で実現し、材料に対する共振を十
分に行なわせるための加振回数の設定や、正確な共振周
波数を求めるための測定平均回数の設定が可能である。

また、共振時の位相検出を簡単にかつ高速に行なうため
に、センサ応答信号と加振周波数信号の正相、逆相信号
とを加算し、そのレベルの比較を行なうことによ）て応
答信号の位相（正相、逆相）の検出を行なりている。

（実施例）本発明の一実施例を、′ｆＪ１図の共振周波数検出装置
のブロック図を用いて説明する。

マイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵとする）】は全体の
制御を行なうようになっており、ＣＰｔ１１には他より
手動又は自動的に加振周波数信号ＶＳの範囲を設定する
ための走査開始（最小）周波数ｆｍｌｎ（例えば２ＫＨ
ｚ）及び走査終了（最大）周波数ｆ＋ｅａｘ（例えば１
０ＭＨ２）が入力されるようになっている。

また、ＣＰＵＩ　　には加振周波数信号ＶＳの波数（Ｎ
Ａ）及びセンサ応答信号ＳＲの計測回数（ＮＢ）も設定
人力される。ｃｐｕｉは周波数発生器２、周期カウンタ
３及びプログラマブル発振器４を作動させ、プログラマ
ブル発振器４より加振周波数ＶＳを出力する。加振周波
数信号ＶＳは増幅器５を経てスピーカ３２に送られ、ス
ピーカ３２から出力される音波が材料３０に印加される
と共に、加振周波数信号ＶＳは位相チエツク信号発生部
２０にも人力されている。材料３０にはセンサ３１が非
接触に装着されており、センサ３１からのセンサ応答信
号ＳＲは増幅器６を経て加算回路７に入力される。また
、加算回路７には、位相チエツク信号発生部２０で生成
された正転信号ＮＳ及び反転信号Ｒ５が人力される。加
算回路７のｄ力Ａｓは帯域フィルタ（ＢＰＦ）　　８に
入力され、所定の帯域を通過した信号のみがサンプルホ
ールド回路９に入力され、所定の間隔でサンプリングさ
れた信号がＡ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換され
て、ＣＰＵＩに入力されると共にメモリ１２に格納され
る。また、Ａ／Ｄ変換器１１に人力される信号のピーク
はピーク検出回路１０で検出され、サンプルホールド回
路９にフィードバックされている。

なお、位相チエツク信号発生部２０は加振周波数信号ｖ
Ｓを正転（そのまま通過）させる正転回路２１と、その
出力をオンオフするスイッチ手段２２と、加振周波数信
号ＶＳを反転させる反転口路２３と、その出力をオンオ
フするスイッチ手段２４とで構成されており、スイッチ
手段２２及び２４はＣＰＬＩＩによってオンオフ制御さ
れるようになっている。

このような構成において、その動作を第２図のフローチ
ャートを参照して説明する。

先ず材料３０の共振周波数ｆｅを求めるために、装置の
外部から走査開始及び走査終了の周波数ｆ１□及びｆｌ
Ｉ□を設定したとき（ステップｓ、）　、　ｃｐ旧は最
初に周波数発生器２に走査開始周波数ｆ１ｎを設定し、
次に周期カウンタ３に走査範囲の周波数を設定し、周波
数発生器２及び周期カウンタ３からの信号をそれぞれプ
ログラマブル発振器４に入力する。このプログラマブル
発振器４は、スピーカ３２を駆動して材料３０を加振す
るための加振周波数信号ｖＳを自動的に発生する。さら
に、プログラマブル発振器４で発生した加振周波数信号
ＶＳを増幅するために増幅器５に人力する。この増幅器
５の増幅利得はＣＰＵ　１によって制御される。増幅し
た信号はスピーカ３２を駆動し、発生した音波で材料３
０を加振する（ステップＳ２）。

材料３０の微小な変位を捉える非接触変位センサ３１か
らの応答信号ＳＲは、入力増幅器６に入力される。この
増幅器６の増幅利得は増幅器５と同様にＣＰＵ　１によ
って制御され、増幅器６から出力されるセンサ応答信号
は次段の加算回路７に人力される。この加算回路７は、
センサ３１からの応答信号ＳＲと加振周波数信号ＶＳど
の位相が正相かあるいは逆相であるかを判別するために
、センサ応答信号ＳＲと基準信号としての正転信号ＮＳ
、反転信号Ｒ５を加算する処理と、単に入力信号の増幅
処理を行なう２つのモードがあり、周波数走査時は後者
の処理を行なう。このモードの選択はＣＰＵ　１の制御
によって行なわれる。次にイ氏周波やノイズ及び高周波
ノイズをカットするために帯域フィルタ８に入力され、
＾／Ｄ変換を行なうための前処理回路であるサンプルホ
ールド回路９に人力される。さらに、センサ３１からの
アナログ信号をデジタル値に変換するためにＡ／Ｄ変換
器で＾／Ｄ変換処理を行なう（ステップ５２３）。＾／
Ｄ変換のタイミング信号を生成するために、ピーク検出
回路ｌＯてセンサ応答信号ＳＲのピーク値を捉える信号
を生成する。この検出信号を用いて、センサ応答信号Ｓ
Ｒのデジタル変換をＡ／Ｄ変換器１１で行なうが、計測
回数が予め設定されている計測回数ＮＢと等しくなるま
で上記動作を繰り返す（ステップ５４）。Ａ／Ｄ変換器
の出力はメモリ１２に全て記憶され（ステップＳ５）、
走査周波数が予め設定されている走査終了周波数ｆ＋ｓ
ａｙとなるまて、加振周波数ｆｇ号ＶＳの周波数を１１
１２ずつ増加させて（ステップＳ６）、上記動作を計り
返す（ステップＳ７）。周波数走査が終了した後で記憶
した値から最大値を求め、最大値を検出したときの周波
数を材料３０の共振周波数ｆｅとして求める（ステップ
Ｓａ）。

ところで、材料３０の機械的定数の一つである剛性率を
求める場合、共振時の振幅と位相の両方を計測する必要
がある。位相の検出では、材料の加振信号に対してセン
サ応答信号の位相が正相か、あるいは逆相であるかを高
速に判断する必要がある。このための装置が位相チエツ
ク信号発生部２０である。プログラマブル発振器４から
８カされたスピーカ加振用の加振周波数信号ＶＳから、
反転回路２３と正転回路２１によって加振周波数信号ｖ
Ｓに対して逆相と正相の信号Ｒ５，ＮＳが生成される。

これらの信号ＮＳ及びＲ５は加算回路７に入力され、Ｃ
ＰＵ１の制御によってセンサ応答信号ＳＲとの加算が行
なわれる。加算したこれら２つの信号のレベル比較を行
ない、センサ応答信号Ｒ５の位相（正相、逆相）の検出
を行なう（ステップ５９）。その詳しい処理内容を第３
図に示す。すなわち、増幅器６からのセンサ、応答信号
ＳＲは加算回路７１及び７２に人力され、正転信号ＮＳ
は加算回路７１に、反転信号Ｒ５は加算回路７２にそれ
ぞれ人力され、加算回路７１の加算信号Ａと加算回路７
２の加算信号Ｂとが比較回路７３で比較される。そして
、Ａ＞８であれば正相と判定し、八＜Ｂであれば逆相と
判定する。

一方、正確な共振周波数ｆｃを求める方法として、材料
３０を十分に加振することと、センサ応答信号Ｒ５の瞬
時値を求めるのではなく、幾つかの平均値から正確な値
を求める方法とが必要である。

第４図の部分（＾）が加振波形であり、その波数なＮＡ
とする。また、第４図の部分（Ｂ）がセンサ応答信号Ｒ
５の計測を示し、その計測回数をＮＢとする。

この発明の共振周波数検出装置では、波数ＮＡと計測回
数ＮＩ、を前もってｃｐｕ　ｔに入力することによって
（ステップＳｌ）　、正確な共振周波数ｆｃを求めるこ
とが可能になった。

（発明の効果）以上のようにこの発明の共振周波数検出方法及び装置に
よれば、小型で操作性が良いと共に、効率的にかつ正確
に共振周波数を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の一実施例を示すブロック図、第
２図はその動作例を示すフローチャート、第３図は位相
検出の原理を説明するための図、第４図は材料の加振と
センサ応答信号の計測を説明するための図である。１・・・マイクロプロセッサ（ｃｐｕ　）、２・・・周
波数発振器、３・・・周期カウンタ、４・・・プログラ
マブル発振器、５．６・・・増幅器、７・・・加算回路
、８・・・帯域フィルタ、９・・・サンプルホールド回
路、１ｏ・・・ピーク検出回路、１１・・−Ａ／［＋変
換器、１２・・・メモリ、２０・・・位相チエツク信号
発生部、３０・・・材料、３１・・・センサ、３２・・
・スピーカ。出願人代理人　　　安　形　雄　三

Claims

【特許請求の範囲】１、設定した周波数範囲内で加振周波数信号を自動生成
し、前記加振周波数信号でスピーカを介して材料を加振
し、共振時の前記材料の変位を検出するセンサからの応
答信号の最大ピーク値を検出すると共に、前記応答信号
と前記加振周波数信号の正相、逆相信号とを加算してレ
ベルの比較を行ない、前記応答信号の位相の検出を併せ
て行なうことにより、前記材料の共振周波数を検出する
ようにしたことを特徴とする共振周波数検出方法。２、全体の制御を行なうと共に加振周波数信号の範囲を
設定するＣＰＵと、前記設定範囲に従って前記加振周波
数信号を自動的に生成する発振手段と、前記加振周波数
信号を音波で材料に印加する印加手段と、前記材料のセ
ンサからの応答信号をＡ／Ｄ変換してピークを検出する
ピーク検出手段とを具備し、前記材料の共振周波数を検
出することを特徴とする共振周波数検出装置。３、前記ピーク検出手段の前段に、前記加振周波数信号
の正相、逆相信号を加算してレベルの比較を行なうこと
によって前記応答信号の位相を判別する位相判別手段を
設けた請求項２に記載の共振周波数検出装置。