JPH0678974B2 - ヤング率自動測定器 - Google Patents
ヤング率自動測定器Info
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- JPH0678974B2 JPH0678974B2 JP1249091A JP24909189A JPH0678974B2 JP H0678974 B2 JPH0678974 B2 JP H0678974B2 JP 1249091 A JP1249091 A JP 1249091A JP 24909189 A JP24909189 A JP 24909189A JP H0678974 B2 JPH0678974 B2 JP H0678974B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製材の機械的強度等級区分の規格や非破壊検査
方法に利用できる木材用ヤング率自動測定器に関するも
のである。
方法に利用できる木材用ヤング率自動測定器に関するも
のである。
本発明のヤング率自動測定器は下記のような産業上多く
の利用分野がある。
の利用分野がある。
（１）各種棒上材料のヤング率測定一般 （２）木質系材料・その他材料のヤング率に基づく非破
壊的強度予測試験 （３）建築・その他の構造材料の剛性測定 （４）各種棒状材料の音速測定 （従来の技術） 従来の木材用ヤング率の自動測定器の原理は、棒状の試
験体の一端を打撃すると固有振動が励起される。その際
に発生する音、または機械的振動をもちいて材料の縦共
振の基本振動周期を測定し、同時に試験体の重量を測定
する。この二つの物理量と試験体の寸法から、一次元の
縦共振の振動理論によって、ヤング率を計算しこの過程
をコンピュータを用いて自動計測する。
壊的強度予測試験 （３）建築・その他の構造材料の剛性測定 （４）各種棒状材料の音速測定 （従来の技術） 従来の木材用ヤング率の自動測定器の原理は、棒状の試
験体の一端を打撃すると固有振動が励起される。その際
に発生する音、または機械的振動をもちいて材料の縦共
振の基本振動周期を測定し、同時に試験体の重量を測定
する。この二つの物理量と試験体の寸法から、一次元の
縦共振の振動理論によって、ヤング率を計算しこの過程
をコンピュータを用いて自動計測する。
この原理の検証のために用いた装置は、第７図のとおり
であり、装置の構成と機能は、次のとおりである。
であり、装置の構成と機能は、次のとおりである。
21は棒状の試験体であり、22は棒状の試験体１の他端に
対向して設けた試験体１の固有振動を検出するマイクロ
フォンであり、23はマイクロフォンに接続した打撃音の
基本振動成分を弁別するフィルタであり、棒状の試験体
１を打撃すると、基本振動のみならず高次振動も励起さ
れる。このために計測に必要な基本振動のみを弁別する
ために、適当な遮断特性を持つフィルタを用いる。24は
前記弁別フィルタ３に接続した固有振動の周期を計測す
るカウンタである。25は前記カウンタ４とコンピュータ
12とを結ぶインターフェースである。26は試験体１の下
方に試験体の重量を計るために設けた荷重センサであ
る。27は荷重センサ６に接続した静荷重を弁別するフィ
ルタである。28は前記静荷重弁別フィルタ７に接続した
ひずみ増幅器である。29は前記ひずみ増幅器８に接続し
たA/D変換器でひずみ増幅器18の出力をディジタル化す
る。30はA/D変換器９とコンピュータ12とを結ぶインタ
ーフェースである。31はコンピュータ12に接続した、そ
の結果を表示するブラウン管CRTである。32はコンピュ
ータで装置全体の制御を行なう制御回路である。
対向して設けた試験体１の固有振動を検出するマイクロ
フォンであり、23はマイクロフォンに接続した打撃音の
基本振動成分を弁別するフィルタであり、棒状の試験体
１を打撃すると、基本振動のみならず高次振動も励起さ
れる。このために計測に必要な基本振動のみを弁別する
ために、適当な遮断特性を持つフィルタを用いる。24は
前記弁別フィルタ３に接続した固有振動の周期を計測す
るカウンタである。25は前記カウンタ４とコンピュータ
12とを結ぶインターフェースである。26は試験体１の下
方に試験体の重量を計るために設けた荷重センサであ
る。27は荷重センサ６に接続した静荷重を弁別するフィ
ルタである。28は前記静荷重弁別フィルタ７に接続した
ひずみ増幅器である。29は前記ひずみ増幅器８に接続し
たA/D変換器でひずみ増幅器18の出力をディジタル化す
る。30はA/D変換器９とコンピュータ12とを結ぶインタ
ーフェースである。31はコンピュータ12に接続した、そ
の結果を表示するブラウン管CRTである。32はコンピュ
ータで装置全体の制御を行なう制御回路である。
以上の如き、従来の装置においては、棒状の試験体21の
一端を木槌で打撃するこにより励起して生じた固有振動
を音波としてマイクロ22により検知し、打撃音の基本振
動成分を弁別フィルタ23で弁別し、固有振動の周期をカ
ウンタ24で計測し、インターフェース25を介してコンピ
ュータ32に送る共振周波数成分をコンピュータ12に入力
する回路系統と、試験体１の重量を荷重センサ26により
検知し、次のフィルタ27で静荷重成分を弁別し、これを
ひずみ増幅器28により静荷重成分を増幅し、これをA/D
変換器29によりアナログ信号をディジタル信号に変換し
インターフェース30を介して静荷重成分をディジタル信
号としてコンピュータ32に印加する回路系統よりなるも
のである。
一端を木槌で打撃するこにより励起して生じた固有振動
を音波としてマイクロ22により検知し、打撃音の基本振
動成分を弁別フィルタ23で弁別し、固有振動の周期をカ
ウンタ24で計測し、インターフェース25を介してコンピ
ュータ32に送る共振周波数成分をコンピュータ12に入力
する回路系統と、試験体１の重量を荷重センサ26により
検知し、次のフィルタ27で静荷重成分を弁別し、これを
ひずみ増幅器28により静荷重成分を増幅し、これをA/D
変換器29によりアナログ信号をディジタル信号に変換し
インターフェース30を介して静荷重成分をディジタル信
号としてコンピュータ32に印加する回路系統よりなるも
のである。
（発明が解決しようとする課題） 上述した従来のヤング率の測定装置は、実用上、次のよ
うな問題点がある。
うな問題点がある。
（１）この原理によるヤング率の測定では計測に必要な
基本振動以外の高次振動成分を取り除くことが極めて重
要である。そのためにフィルタを用いている。しかし、
試験体の種類、寸法によって固有振動数が変化するの
で、その都度、人が判断してフィルタの遮断特性を適切
に調整しなければならない。
基本振動以外の高次振動成分を取り除くことが極めて重
要である。そのためにフィルタを用いている。しかし、
試験体の種類、寸法によって固有振動数が変化するの
で、その都度、人が判断してフィルタの遮断特性を適切
に調整しなければならない。
（２）カウンタによる振動周期の測定に関しては、計測
する波の数が固定化しているので、振動の減衰が速い材
料ではカンウンタが停止して測定できない場合がある。
測定器の汎用性を高めるには、計測する波の数を調整で
きる機能が必要である。また、平均化する波の数が子て
していると、振動の周波数によって周期の測定精度が不
十分であったり、過度であったりするなどの不都合が生
じる。
する波の数が固定化しているので、振動の減衰が速い材
料ではカンウンタが停止して測定できない場合がある。
測定器の汎用性を高めるには、計測する波の数を調整で
きる機能が必要である。また、平均化する波の数が子て
していると、振動の周波数によって周期の測定精度が不
十分であったり、過度であったりするなどの不都合が生
じる。
（３）またノイズの多い場所での誤動作がある。
（課題を解決するための手段） 本発明は上述の従来のヤング率り測定装置の欠点を除去
するために、フィルタの遮断周波数の自動設定手段と、
カウンタ回路の機能の高度化手段とを設けることによ
り、試験体の種類、寸法の変化によって固定振動数が変
化しても、コンピュータにより適切に判断し、自動的に
フィルタの遮断周波数の自動設定するようにし、ノイズ
の多い場所でも誤動作を生ぜず高精度でヤング率が自動
測定できるようにしたものである。
するために、フィルタの遮断周波数の自動設定手段と、
カウンタ回路の機能の高度化手段とを設けることによ
り、試験体の種類、寸法の変化によって固定振動数が変
化しても、コンピュータにより適切に判断し、自動的に
フィルタの遮断周波数の自動設定するようにし、ノイズ
の多い場所でも誤動作を生ぜず高精度でヤング率が自動
測定できるようにしたものである。
本発明は、棒状試験体の打撃音を検知し増幅しローパス
フィルタとカウターとを介して縦共振周波数を検知する
振動センサ系と、前記試験体の重量を検知する荷重セン
サ系と、両系統の信号を受けて前記ローパスフィルタの
遮断周波数の自動決定を行う機能を少くとももったコン
ピュータ制御系とより成り、前記振動センサ系は、棒状
試験体の打撃音を検知する振動センサと、振動センサか
らの入力信号の感度を調整する増幅回路と、入力波形の
基本振動成分のみを弁別するローパスフィルタと、レベ
ル値が調整できるコンパレータの機能をもったA/D変換
回路と、基本振動の固有振動数を計測するカウンタ回路
と、カウンタに供給する基準時間パルス発生回路とより
成り、前記荷重センサ系は試験体の重量を計測する荷重
センサと、そのアナログ信号を増幅する増幅器と、A/D
変換器により成り、前記制御系は振動センサ系と荷重セ
ンサ系の入力よりローパスフィルタの遮断周波数を自動
決定する機能と、試験体打撃音の固有振動周期の測定終
了を検知する機能と、ヤング率、密度、音速の計算機能
とをもったコンピュータ演算素子と、コンピュータで自
動的に決定した遮断周波数信号をローパスフィルタとカ
ウンタユニットに送る制御回路とより成ることを特徴と
するヤング率自動測定器である。
フィルタとカウターとを介して縦共振周波数を検知する
振動センサ系と、前記試験体の重量を検知する荷重セン
サ系と、両系統の信号を受けて前記ローパスフィルタの
遮断周波数の自動決定を行う機能を少くとももったコン
ピュータ制御系とより成り、前記振動センサ系は、棒状
試験体の打撃音を検知する振動センサと、振動センサか
らの入力信号の感度を調整する増幅回路と、入力波形の
基本振動成分のみを弁別するローパスフィルタと、レベ
ル値が調整できるコンパレータの機能をもったA/D変換
回路と、基本振動の固有振動数を計測するカウンタ回路
と、カウンタに供給する基準時間パルス発生回路とより
成り、前記荷重センサ系は試験体の重量を計測する荷重
センサと、そのアナログ信号を増幅する増幅器と、A/D
変換器により成り、前記制御系は振動センサ系と荷重セ
ンサ系の入力よりローパスフィルタの遮断周波数を自動
決定する機能と、試験体打撃音の固有振動周期の測定終
了を検知する機能と、ヤング率、密度、音速の計算機能
とをもったコンピュータ演算素子と、コンピュータで自
動的に決定した遮断周波数信号をローパスフィルタとカ
ウンタユニットに送る制御回路とより成ることを特徴と
するヤング率自動測定器である。
本発明の前記ローパスフィルタは入力振動より基本振動
以外の高次振動成分を取り除き基本振動周波数成分のみ
を弁別し、その遮断周波数はコンピュータにより自動設
定され、インターフェースを介してローパスフィルタに
送られるよう構成されることを特徴とする。
以外の高次振動成分を取り除き基本振動周波数成分のみ
を弁別し、その遮断周波数はコンピュータにより自動設
定され、インターフェースを介してローパスフィルタに
送られるよう構成されることを特徴とする。
本発明の前記カウンタユニットは基準時間パルス源と、
A/D変換回路を介してローパスフィルタに接続されると
共にコンピュータに接続され、ローパスフィルタよりの
出力波形より得られるゲート信号により時間パルスをゲ
ートし単位時間当りの振動波形の波数を計数するよう構
成されることを特徴とする。
A/D変換回路を介してローパスフィルタに接続されると
共にコンピュータに接続され、ローパスフィルタよりの
出力波形より得られるゲート信号により時間パルスをゲ
ートし単位時間当りの振動波形の波数を計数するよう構
成されることを特徴とする。
（実施例） 本発明のヤング率自動測定器の構成を以下図面について
説明する。第１図は本発明の測定器の概略構成を示すも
ので、試験体１を支持する荷重センサＡと振動センサＢ
と制御装置Ｃとに大別される。荷重センサＡによる試験
体の支持は電気式荷重計を介して試験体を支持する。振
動の検出センサＢは試験体の打撃によって生ずる振動を
検出する。
説明する。第１図は本発明の測定器の概略構成を示すも
ので、試験体１を支持する荷重センサＡと振動センサＢ
と制御装置Ｃとに大別される。荷重センサＡによる試験
体の支持は電気式荷重計を介して試験体を支持する。振
動の検出センサＢは試験体の打撃によって生ずる振動を
検出する。
本発明のヤング率自動測定器の詳細回路構成は第２図に
示す通りである。第２図において、１は棒状の試験体
で、この試験体１は木質材料・鉄・コンクリート・複合
材料・セラミックスなどの各種棒状試験体である。1Aは
試験体１の一端を打撃する木槌を示す。２は試験体の振
動を検出するセンサであって、試験体１の他端に対向し
て設けられる。試験体１の一端を上述の木槌1Aで軽く打
撃した時に発生する音または機械的振動を、音圧を電圧
に変換するマイクロフォンや試料とセンサの間のインダ
クタンスまたは静電容量の変化を検出して電圧に変換す
る非接触センサ、または機械的振動を電圧に変換する加
速度センサ或いは導電型速度センサを利用して検出す
る。３は振動検出センサ２に接続した増幅回路であり、
異なった材料に対して、センサ２からの入力信号の感度
を調整する増幅回路である。４は前記増幅回路３に接続
したローパスフィルタで、入力波形の基本振動成分のみ
を弁別するローパスフィルタであって、その遮断周波数
は、コンピュータ12によって自動設定される。５はロー
パスフィルタ４とコンピュータ12とのディジタル信号を
受け渡しするよう接続したインターフェース回路であ
る。６はローパスフィルタ４の出力端に接続したA/D変
換器で、アナログ信号がディジタル信号に変換するとと
もにノイズに対して試験機の誤動作を防ぐ、レベル値が
調整できるコンパレータの機能をもったA/D変換回路で
ある。７はA/D変換回路６に接続した基本振動の固有振
動数を計測するカウンタ回路であってインターフェース
機能をもったカウンタICを用い、第３図に示すように内
部カウンタユニットすなわち、基準時間パルス源８と接
続されたパルス分周回路ユニット7u−１、A/D変換回路
の出力（すなわち振動波形）を受けるよう接続された波
数計数回路ユニット7u−２、振動波形の単位数（例えば
100個）が何秒で通過したかを時間パルスにより振動波
形をゲートして波数計数するAND回路ユニット7u−３の
３つのユニットより成る。８は前記のカウンタ回路７に
接続したカウンタに基準時間パルスを供給する基準時間
パルス発生回路である。９は試験体１を支持するよう取
付けた試験体の重量を計測する荷重センサである。10は
荷重センサ９に接続した荷重センサのアナログ信号を増
幅する増幅器である。11は増幅器10のアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換し、コンピュータ12とのデータの受
け渡しをするインターフェース機能付きのA/D変換回路
である。12はコンピュータ回路であり、カウンタ回路７
よりの振動センサ系で計測した共振周波数とA/D変換器1
1よりの荷重センサ系の荷重成分信号のデータより、コ
ンピュータ12が縦振動方程式によってヤング率を計算す
る。同時に、試験体の音速、密度もこのコンピュータ12
で計算される。13はコンピュータの測定結果を表示し、
記録する外部プリンタである。
示す通りである。第２図において、１は棒状の試験体
で、この試験体１は木質材料・鉄・コンクリート・複合
材料・セラミックスなどの各種棒状試験体である。1Aは
試験体１の一端を打撃する木槌を示す。２は試験体の振
動を検出するセンサであって、試験体１の他端に対向し
て設けられる。試験体１の一端を上述の木槌1Aで軽く打
撃した時に発生する音または機械的振動を、音圧を電圧
に変換するマイクロフォンや試料とセンサの間のインダ
クタンスまたは静電容量の変化を検出して電圧に変換す
る非接触センサ、または機械的振動を電圧に変換する加
速度センサ或いは導電型速度センサを利用して検出す
る。３は振動検出センサ２に接続した増幅回路であり、
異なった材料に対して、センサ２からの入力信号の感度
を調整する増幅回路である。４は前記増幅回路３に接続
したローパスフィルタで、入力波形の基本振動成分のみ
を弁別するローパスフィルタであって、その遮断周波数
は、コンピュータ12によって自動設定される。５はロー
パスフィルタ４とコンピュータ12とのディジタル信号を
受け渡しするよう接続したインターフェース回路であ
る。６はローパスフィルタ４の出力端に接続したA/D変
換器で、アナログ信号がディジタル信号に変換するとと
もにノイズに対して試験機の誤動作を防ぐ、レベル値が
調整できるコンパレータの機能をもったA/D変換回路で
ある。７はA/D変換回路６に接続した基本振動の固有振
動数を計測するカウンタ回路であってインターフェース
機能をもったカウンタICを用い、第３図に示すように内
部カウンタユニットすなわち、基準時間パルス源８と接
続されたパルス分周回路ユニット7u−１、A/D変換回路
の出力（すなわち振動波形）を受けるよう接続された波
数計数回路ユニット7u−２、振動波形の単位数（例えば
100個）が何秒で通過したかを時間パルスにより振動波
形をゲートして波数計数するAND回路ユニット7u−３の
３つのユニットより成る。８は前記のカウンタ回路７に
接続したカウンタに基準時間パルスを供給する基準時間
パルス発生回路である。９は試験体１を支持するよう取
付けた試験体の重量を計測する荷重センサである。10は
荷重センサ９に接続した荷重センサのアナログ信号を増
幅する増幅器である。11は増幅器10のアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換し、コンピュータ12とのデータの受
け渡しをするインターフェース機能付きのA/D変換回路
である。12はコンピュータ回路であり、カウンタ回路７
よりの振動センサ系で計測した共振周波数とA/D変換器1
1よりの荷重センサ系の荷重成分信号のデータより、コ
ンピュータ12が縦振動方程式によってヤング率を計算す
る。同時に、試験体の音速、密度もこのコンピュータ12
で計算される。13はコンピュータの測定結果を表示し、
記録する外部プリンタである。
第３図に示すカウンタユニット７においては上述の３つ
のカウンタユニット7u−1,7u−2,7u−３よりなる。これ
ら各カウンタユニットは下記の作用をする。
のカウンタユニット7u−1,7u−2,7u−３よりなる。これ
ら各カウンタユニットは下記の作用をする。
（Ａ）カウンタユニット7u−１は、基準時間パルスを適
当に分割し、固有振動数の異なった材料に一定の測定精
度で固有振動数が測定できるように、パルスの分周回路
として使用する。
当に分割し、固有振動数の異なった材料に一定の測定精
度で固有振動数が測定できるように、パルスの分周回路
として使用する。
（Ｂ）カウンタユニット7u−２は、振動周期を求めるた
めに計測する入力信号パルスの数を調整するプリセット
カウンタ回路として使用する。材料によって異なる振動
の減衰特性に合わせて、計測パルス数を調整する。
めに計測する入力信号パルスの数を調整するプリセット
カウンタ回路として使用する。材料によって異なる振動
の減衰特性に合わせて、計測パルス数を調整する。
（Ｃ）カウンタユニット7u−３は、カウンタユニット7u
−２の信号をゲート信号として、ゲートが開いている間
のカウンタユニット7u−１の出力（周波数が既知のパル
ス）の数を数え、固有振動の振動周期を求める。
−２の信号をゲート信号として、ゲートが開いている間
のカウンタユニット7u−１の出力（周波数が既知のパル
ス）の数を数え、固有振動の振動周期を求める。
コンピュータ12はカウンタユニット7u−２の信号を監視
し、計測の終了を判断してカウンタユニット7u−３の内
容をインターフェースを介して読み込む。なお、（Ａ）
〜（Ｃ）の条件設定は、すべてコンピュータ12で制御す
る。13はコンピュータ12の測定結果を記録し、表示する
外部プリンタである。
し、計測の終了を判断してカウンタユニット7u−３の内
容をインターフェースを介して読み込む。なお、（Ａ）
〜（Ｃ）の条件設定は、すべてコンピュータ12で制御す
る。13はコンピュータ12の測定結果を記録し、表示する
外部プリンタである。
第４図はコンピュータプログラムのフローチャート図で
ある。
ある。
キーボードを押してスタートさせ、棒状の試験体の材料
の種類及び寸法の入力を行う。上記の材料の種類及び寸
法が入力されると、フィルタの遮断周波数決定を自動決
定を行い、参照信号をインターフェース５を通じてロー
パスフィルタ４に送り、ローパスフィルタの遮断周波数
の自動決定を行う。コンピュータ12において、フィルタ
の遮断周波数の自動決定がされると、コンピュータの機
械語プログラムに遮断周波数を書き込む。
の種類及び寸法の入力を行う。上記の材料の種類及び寸
法が入力されると、フィルタの遮断周波数決定を自動決
定を行い、参照信号をインターフェース５を通じてロー
パスフィルタ４に送り、ローパスフィルタの遮断周波数
の自動決定を行う。コンピュータ12において、フィルタ
の遮断周波数の自動決定がされると、コンピュータの機
械語プログラムに遮断周波数を書き込む。
次にインターフェース５の初期設定即ち機械語プログラ
ムの実行を行う段階で準備OKがYESかNOかを判定する段
階で、この答がNOのときは元に戻り、この答がYESのと
き試験体の打撃に際し測定準備完了したことを示す状態
となる。準備OKがYESのとき試験体打撃を行う。カウン
タユニット７よりの信号で周期測定終了がYESかNOかを
検知し、これがYESのときは測定した振動の周期の読み
込みをコンピュータのメモリーに行う。また重量センサ
系（9,10,11）よりの重量計測信号により重量読み込み
を行ない、共振周波数の周期読み込み成分と、重量読み
込み成分とよりヤング率を計算し、その他試験体の密度
及び音速を計算し、その結果の表示を外部プリンタ13に
行い、プリンタOUTする。以上でコンピュータ12のプラ
グラムが終了する。
ムの実行を行う段階で準備OKがYESかNOかを判定する段
階で、この答がNOのときは元に戻り、この答がYESのと
き試験体の打撃に際し測定準備完了したことを示す状態
となる。準備OKがYESのとき試験体打撃を行う。カウン
タユニット７よりの信号で周期測定終了がYESかNOかを
検知し、これがYESのときは測定した振動の周期の読み
込みをコンピュータのメモリーに行う。また重量センサ
系（9,10,11）よりの重量計測信号により重量読み込み
を行ない、共振周波数の周期読み込み成分と、重量読み
込み成分とよりヤング率を計算し、その他試験体の密度
及び音速を計算し、その結果の表示を外部プリンタ13に
行い、プリンタOUTする。以上でコンピュータ12のプラ
グラムが終了する。
（作 用） 本発明装置を用いると、棒状の試験体のヤング率、音
速、密度などが自動で測定できる。
速、密度などが自動で測定できる。
本発明のヤング率測定器の操作法は次のとおりである。
試験体の支持方法の例を第５図に示す。
まず、試験体の種類と寸法をコンピュータ12に入力す
る。コンピュータ12に組み込まれたプログラムにしたが
って、自動的にローパスフィルタ４の遮断周波数が設定
される。次に試験体１の一端を木槌等で軽く打撃する
と、カウンタ７の内部トリガ回路が作動して試験機は材
料の固有振動の周期と重量を順次計測し、コンピュータ
がこれらのデータから、ヤング率、音速、密度を計算し
て、結果をプリンタに出力する。
る。コンピュータ12に組み込まれたプログラムにしたが
って、自動的にローパスフィルタ４の遮断周波数が設定
される。次に試験体１の一端を木槌等で軽く打撃する
と、カウンタ７の内部トリガ回路が作動して試験機は材
料の固有振動の周期と重量を順次計測し、コンピュータ
がこれらのデータから、ヤング率、音速、密度を計算し
て、結果をプリンタに出力する。
試験体の一端を打撃すると、試験体の固有振動が励起さ
れる。この際に発生する音または機械的振動を用いて材
料の縦共振の基本振動周期を測定し、同時に試験体の重
量を測定する。この２つの物理量と試験体の寸法から一
次元の縦共振の振動理論によって、ヤング率をコンピュ
ータで計算するのである。
れる。この際に発生する音または機械的振動を用いて材
料の縦共振の基本振動周期を測定し、同時に試験体の重
量を測定する。この２つの物理量と試験体の寸法から一
次元の縦共振の振動理論によって、ヤング率をコンピュ
ータで計算するのである。
第３図に示すローパスフィルタ４の遮断周波数の自動設
定法は高周波を含んだ波形から基本振動成分を選り分け
るために、ローパスフィルタの遮断周波数を材料の種類
と試験体長さを指定することにより自動的に定める方法
である。
定法は高周波を含んだ波形から基本振動成分を選り分け
るために、ローパスフィルタの遮断周波数を材料の種類
と試験体長さを指定することにより自動的に定める方法
である。
棒状試験体の固有振動数frは、次式で与えられる。
Ｅは材料の種類によって定まるヤング率、ｌは試験体の
長さ、ρは密度である。
長さ、ρは密度である。
ここで、ヤング率Ｅと密度ρは、本来計測の対照となる
もので未知であるが、材料の種類が決まれば、従来のデ
ータからおよその平均値を知ることができる。これらの
値を用いれば、試験体のおよその基本振動の固有振動数
を知ることができる。ここで、試験体の長さｌは、計測
のつど変化することが考えられるので、その都度入力が
必要である。すなわち、この固有振動数にローパスフィ
ルタの遮断周波数を設定すれば、２次共振以上の高次の
振動を遮断することができる。
もので未知であるが、材料の種類が決まれば、従来のデ
ータからおよその平均値を知ることができる。これらの
値を用いれば、試験体のおよその基本振動の固有振動数
を知ることができる。ここで、試験体の長さｌは、計測
のつど変化することが考えられるので、その都度入力が
必要である。すなわち、この固有振動数にローパスフィ
ルタの遮断周波数を設定すれば、２次共振以上の高次の
振動を遮断することができる。
しかし、試験体のヤング率Ｅは統計的バラツキを示すの
で、ヤング率Ｅが平均値より小さい場合に高次振動の遮
断が不十分となる可能性があるので、材料のヤング率Ｅ
の分布を考慮し、その統計的下限値から、次のように遮
断周波数foを定める。
で、ヤング率Ｅが平均値より小さい場合に高次振動の遮
断が不十分となる可能性があるので、材料のヤング率Ｅ
の分布を考慮し、その統計的下限値から、次のように遮
断周波数foを定める。
すなわち、ヤング率分布の95％下側信頼限界におけるヤ
ング率値と平均的な密度および試験体長さを（１）式に
代入すると遮断周波数foが得られる。
ング率値と平均的な密度および試験体長さを（１）式に
代入すると遮断周波数foが得られる。
あらかじめ計測対照となる材料の平均的なデータを記憶
させ、上記の操作をコンピュータプログラムに組み込
み、演算の結果を機械語プログラムに自動的に書き込
み、ローパスフィルタの遮断周波数を自動設定する。
させ、上記の操作をコンピュータプログラムに組み込
み、演算の結果を機械語プログラムに自動的に書き込
み、ローパスフィルタの遮断周波数を自動設定する。
第６図に、打撃音の原波形とローパスフィルタ通過後の
波形の例を示す。第６図（ａ）は打撃音の原波形を示
し、第６図（ｂ）はローパスフィルタで弁別した基本振
動音の波形を示し、カットオフ周波数は1KHzである。本
発明によるヤング率、音速、密度の計算法は次の通りで
ある。
波形の例を示す。第６図（ａ）は打撃音の原波形を示
し、第６図（ｂ）はローパスフィルタで弁別した基本振
動音の波形を示し、カットオフ周波数は1KHzである。本
発明によるヤング率、音速、密度の計算法は次の通りで
ある。
ヤング率Ｅは、次式によって計算される。
Ｅ＝４・l2・ρ・T-2 （２） ここで、ｌは試験体の長さ、Ｔは固有振動の振動周期で
固有振動数の逆数である。ρは密度で次式で計算され
る。
固有振動数の逆数である。ρは密度で次式で計算され
る。
ρ＝W/（ｌ・Ａ） （３） ここで、Ｗは試験体の重量、Ａは試験体の断面積であ
る。音速Ｃは、次式で計算される。
る。音速Ｃは、次式で計算される。
Ｃ＝2l・T-1 （４） （発明の効果） 本発明の新規特徴は下記の点にある。
（１） フィルタの遮断周波数の自動設定 本発明は、試験体の種類や寸法に応じて自動的にフィル
タの遮断周波数を設定する機能をコンピュータに取り入
れてあるので、材料のヤング率の分布を考慮して、その
統計的下限値と振動理論式からフィルタの遮断周波数を
決定し、コンピュータを介してローパスフィルタの遮断
周波数を自動設定する方法を採用したことにより、計測
にあたり知識がない未熟者でも容易に取り扱うことがで
きる。
タの遮断周波数を設定する機能をコンピュータに取り入
れてあるので、材料のヤング率の分布を考慮して、その
統計的下限値と振動理論式からフィルタの遮断周波数を
決定し、コンピュータを介してローパスフィルタの遮断
周波数を自動設定する方法を採用したことにより、計測
にあたり知識がない未熟者でも容易に取り扱うことがで
きる。
（２） カウンタ回路の機能の高度化 振動の減衰特性に応じて、計測する振動の波の数を調整
できるカウンタ回路を用いたので、減衰特性の異なる多
種の材料への適用が容易になる。また、計測精度を任意
に調整することができる利点がある。
できるカウンタ回路を用いたので、減衰特性の異なる多
種の材料への適用が容易になる。また、計測精度を任意
に調整することができる利点がある。
（３） 環境ノイズに対する装置の信頼性を向上させる
ことができる。即ち、ノイズ対策として、トリガレベル
の調整できる回路を挿入したので、一定値以下の入力に
対してカウンタが作動しないようにすることができる。
ことができる。即ち、ノイズ対策として、トリガレベル
の調整できる回路を挿入したので、一定値以下の入力に
対してカウンタが作動しないようにすることができる。
（４） 機能化、自動化度を高めることの効果 必要最小限の機能を集約してコンパクトにし、屋外の
作業場での利用や、持運びを容易にする。
作業場での利用や、持運びを容易にする。
また、予備知識を必要とする測定装置の条件設定を自
動化し、取り扱いを容易にする。
動化し、取り扱いを容易にする。
本発明は従来の技術に比べ、次の点が改善される。
（１） 多種の材料への適用が容易となり、ヤング率測
定器としての汎用性が拡大される。
定器としての汎用性が拡大される。
（２） 測定条件の測定が自動化され、試験機の取扱い
が飛躍的に簡単となる。
が飛躍的に簡単となる。
（３） 新しいカウンタ回路７の構成により、測定精度
の調整の幅が拡大される。
の調整の幅が拡大される。
（４） ノイズによる試験機の誤動作に対する対策がな
される。
される。
（５） 必要最少かつ十分な要素の構成によってコンパ
クトとなり、持運びが容易となり、フィールドにおける
適用ができるようになる。
クトとなり、持運びが容易となり、フィールドにおける
適用ができるようになる。
第１図は本発明の測定装置の概略構成を示す回路系統
図、 第２図は本発明測定装置の詳細構成を示す回路系統図、 第３図は本発明測定装置のカウンタ回路の測定原理説明
用回路配置図、 第４図は本発明測定装置のコンピュータプログラムのフ
ローチャートを示す図、 第５図は本発明における試験体支持方法の一例を示す説
明図、 第６図は打撃音の原波形とフィルタで弁別した基本振動
の波形の一例を示す波形図、 第７図は従来のヤング率測定器の回路系統図である。 １……棒状試験体、２……振動検出センサ ３……増幅回路 ４……入力波形の基本振動成分のみを弁別するローパス
フィルタ ５……インターフェース ６……レベル値が調整できるコンパレータの機能をもっ
たA/D変換回路 ７……基本振動の固有振動数を計測するカウンタ回路 7u−１……パルス分周回路 7u−２……波数計数回路ユニット 7u−３……波数計数AND回路ユニット ８……基準時間パルス発生回路 ９……荷重センサ、10……増幅器 11……CRTプリンタ、12……コンピュータ 21……棒状試験体、22……マイクロフォン 23……基本振動成分を弁別するフィルタ 24……固有振動の周期を計測するカウンタ 25……インターフェース、26……荷重センサ 27……静荷重弁別フィルタ 28……ひずみ増幅器、29……A/D変換器 30……インターフェース、31……CRTプリンタ 32……コンピュータ
図、 第２図は本発明測定装置の詳細構成を示す回路系統図、 第３図は本発明測定装置のカウンタ回路の測定原理説明
用回路配置図、 第４図は本発明測定装置のコンピュータプログラムのフ
ローチャートを示す図、 第５図は本発明における試験体支持方法の一例を示す説
明図、 第６図は打撃音の原波形とフィルタで弁別した基本振動
の波形の一例を示す波形図、 第７図は従来のヤング率測定器の回路系統図である。 １……棒状試験体、２……振動検出センサ ３……増幅回路 ４……入力波形の基本振動成分のみを弁別するローパス
フィルタ ５……インターフェース ６……レベル値が調整できるコンパレータの機能をもっ
たA/D変換回路 ７……基本振動の固有振動数を計測するカウンタ回路 7u−１……パルス分周回路 7u−２……波数計数回路ユニット 7u−３……波数計数AND回路ユニット ８……基準時間パルス発生回路 ９……荷重センサ、10……増幅器 11……CRTプリンタ、12……コンピュータ 21……棒状試験体、22……マイクロフォン 23……基本振動成分を弁別するフィルタ 24……固有振動の周期を計測するカウンタ 25……インターフェース、26……荷重センサ 27……静荷重弁別フィルタ 28……ひずみ増幅器、29……A/D変換器 30……インターフェース、31……CRTプリンタ 32……コンピュータ
Claims (3)
- 【請求項１】棒状試験体の打撃音を検知し増幅しローパ
スフィルタとカウターとを介して縦共振周波数を検知す
る振動センサ系と、前記試験体の重量を検知する荷重セ
ンサ系と、両系統の信号を受けて前記ローパスフィルタ
の遮断周波数の自動決定を行う機能を少くとももったコ
ンピュータ制御系とより成り、前記振動センサ系は、棒
状試験体の打撃音を検知する振動センサと、振動センサ
からの入力信号の感度を調整する増幅回路と、入力波形
の基本振動成分のみを弁別するローパスフィルタと、レ
ベル値が調整できるコンパレータの機能をもったA/D変
換回路と、基本振動の固有振動数を計測するカウンタ回
路と、カウンタに供給する基準時間パルス発生回路とよ
り成り、前記荷重センサ系は試験体の重量を計測する荷
重センサと、そのアナログ信号を増幅する増幅器と、A/
D変換器とより成り、前記制御系は振動センサ系と荷重
センサ系の入力よりローパスフィルタの遮断周波数を自
動決定する機能と、試験体打撃音の固有振動周期の測定
終了を検知する機能と、ヤング率、密度、音速の計算機
能とをもったコンピュータ演算素子と、コンピュータで
自動的に決定した遮断周波数信号をローパスフィルタに
送る制御回路とより成ることを特徴とするヤング率自動
測定器。 - 【請求項２】前記ローパスフィルタは入力振動より基本
振動以外の高次振動成分を取り除き基本振動周波数成分
のみを弁別し、その遮断周波数はコンピュータにより自
動設定され、インターフェースを介してローパスフィル
タに送られる請求項１に記載のヤング率自動測定器。 - 【請求項３】前記カウンタユニットは基準時間パルス源
と、A/D変換回路を介してローパスフィルタに接続され
ると共にコンピュータに接続され、ローパスフィルタよ
りの出力波形がA/D変換された振動波形より得られるゲ
ート信号により時間パルスをゲートし単位時間当りの振
動波形の波数を計数する請求項１記載のヤング率自動測
定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249091A JPH0678974B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | ヤング率自動測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249091A JPH0678974B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | ヤング率自動測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03111735A JPH03111735A (ja) | 1991-05-13 |
| JPH0678974B2 true JPH0678974B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=17187851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1249091A Expired - Fee Related JPH0678974B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | ヤング率自動測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678974B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002350409A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 打撃点検装置 |
| JP2007232698A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Univ Nagoya | ヤング率推定方法、ヤング率推定プログラム及びヤング率推定装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2787526B2 (ja) * | 1992-07-03 | 1998-08-20 | 株式会社 一条工務店 | 木材の等級判別装置 |
| JP4636747B2 (ja) * | 2001-08-22 | 2011-02-23 | 湖北ベニヤ株式会社 | ベニヤ単板等木材のヤング率測定装置 |
| DE10146895A1 (de) * | 2001-09-24 | 2003-04-24 | Siemens Ag | Auswertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts |
| JP2006250758A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Tdk Corp | 検査方法、検査装置 |
| JP6723605B2 (ja) * | 2016-09-30 | 2020-07-15 | 京都電子工業株式会社 | 木材のヤング率測定方法とその装置 |
| JP7459776B2 (ja) * | 2020-12-02 | 2024-04-02 | 株式会社島津製作所 | 材料試験機、及び材料試験機の制御方法 |
-
1989
- 1989-09-27 JP JP1249091A patent/JPH0678974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002350409A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 打撃点検装置 |
| JP2007232698A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Univ Nagoya | ヤング率推定方法、ヤング率推定プログラム及びヤング率推定装置 |
| JP4696243B2 (ja) * | 2006-03-03 | 2011-06-08 | 国立大学法人名古屋大学 | ヤング率推定方法、ヤング率推定プログラム及びヤング率推定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03111735A (ja) | 1991-05-13 |
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