JPS59787B2 - ピ−ク値測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動、疲労試験に際して、当該試験片に加わる
繰返し荷重、又は当該試験片の変位振幅におけるピーク
値を測定する振動、疲労試験機に関する。

この種の振動、疲労試験機においては、繰返し荷重、ま
たは変位を長時間にわたつて監視する必要がある。

従来これら監視のための測定には、繰返し荷重または変
位等を電気信号として例えばオシロスコープまたは電磁
オシログラフ等を用いて波形を画かせて測定する方法が
採用されている。しかるに特に疲労試験では一定振幅の
繰返し荷重または変位を長時間にわたり監視する必要が
あるため、従来の方法では操作土、ならびに測定精度土
好ましい方法とはいいがたい。本発明はかかる問題点を
解決すべく、被測定繰返し周波数の高低に応じた周期の
ピーク値を自動的にメータ指示として測定し得る様にし
たもので、かくすることにより被測定入力信号の繰返し
周波数がほぼＯ、１Ｈ２以下の超低周波から１０Ｈ２以
上の高周波にいたる広範囲の波形ピーク値を、波形を画
がかせることなく測定し得るピーク値測定装置を提供す
るものである。

以下図面について本発明の一実施例を説明するに、第１
図においてＥｉは図示しない信号発生器からの信号波形
で動作するような電気油圧サーボ式振動疲労試験機の荷
重または変位信号の被測定入力信号で、制限用ダイオー
ドとバイアス電圧一ｅ、ダイオード等で帰還回路を構成
した極性弁別制限増幅器１に与えられる。

制限増幅器１の出力Ｅｂはインピーダンス変換増幅器２
と、電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴという）で構成
した第１のスイツチＳ１とを介して積分器３に接続され
る。積分器３はスイツチＳ１に接続された抵抗Ｒ（この
実施例の場合ＦＥＴオン時の内部抵抗を利用している）
と、高利得増幅器Ａ１と、コンデンサＣ１とからなり、
この積分器出力Ｅ。は極性弁別制限増幅器１の入力に負
帰還されると共に、スイツチＳ１と同時にＦＥＴでなる
第２のスイツチＳ２を介してサンプリングホールド回路
４に接続される。サンプリングホールド回路４の出力Ｅ
。は図示しない指示計に接続される。一方、上述の信号
発生器においてその出力の１サイクルのピーク時に発生
する１サイクルパルス信号ａを、例えばフリツプフロツ
プ回路構成の分周器６によつて１／２〜１／８に分周し
、その分周出力をサンプリングパルスとして例えば３個
のナンドゲート７〜９に入力する。

更に上述の信号発生器から得られる３つの周波数レンジ
切換信号ｂを、分周器６の分周比に対して後述の関係を
もつて対応させてそれぞれのナンドゲート７〜９に入力
する。これらのナンドゲートの出力パルス、即ちサンプ
リングパルスはノアゲート１０を介してスイツチ制御器
１２に与えられる。周波数レンジとサンプリングパルス
の分周比との関係は入出力電圧（Ｅｌ，ｅＯ，ＥＯ等）
の最大電圧、積分器のレスポンス等を考慮して例えば第
１表のように予め決められる。

今１つの周波数レンジ切換信号が「Ｈ」で、これに対応
するサンプリングパルスが「Ｈ」になつた場合を考える
。

例えば周波数レンジを１〜１０ｃｐｍにセツトした状態
で、分周比が１／２のサンプリングパルスがナンドゲ゛
一ト９に入力されると、このサンプリングパルスはナン
ドゲート９及びノアゲート１０を通じて出力される。又
他の例として周波数レンジが１００〜１０００ｃｐｍの
場合は、分周比が１／８のサンプリングパルスがナンド
ゲート７及びノアゲート１０を通じて出力される。前記
極性弁別制限増幅器１の出力Ｅｂは、２個のトランジス
タを差動的に接続し一方のトランジスタのベースに上記
出力Ｅｂを、他方のトランジスタのベースにスイツチ動
作用のスイツチレベル電圧を加える比較回路と、更にこ
れらを増幅する増幅器、インバータ等で構成した偏差増
幅器１１に与えられる。

この増幅器１１はその出力Ｃが、Ｅｉ＜ＥＯ、即ち積分
器３のコンデンサＣ１の充電レベルに偏差のあるとき論
理「Ｌ」レベルに、Ｅｉ＜ＥＯのとき論理「Ｈ」レベル
に、それぞれなるように構成され、スイツチ制御器１２
を介してその出力ｄによつてスイツチＳｌ，Ｓ２を制御
する様になされている。スイツチ制御器１２としては第
２図のものを適用し得る。

即ち偏差増幅器１１の出力Ｃはナンドゲート１４と、ス
イツチＳ，の制御用ナンドゲート１５の入力端とにそれ
ぞれ開制御信号として与えられ、ノアゲート１０からの
サンプリングパルスがナンドゲート１４に入力される。
かくしてナンドゲート１４の出力端に得られるサンプリ
ングパルスは、ナンド機能をもちサンプリングパルスが
「Ｈ」から「Ｌ」に立下つたときこれによつて動作する
単安定マルチバイブレータ１７の入力Ａに接続される。

バイブレータ１７の出力ＱはスイツチＳ２の制御用ナン
ドゲート１８に接続される。単安定マルチバイブレータ
１７の出力Ｑは、バイブレータ１７と同様の動作をする
単安定マルチバイブレータ１９の入力Ａに、またこの出
力ＱはスイツチＳ１用のナンドゲート１５の入力に、そ
れぞれ接続される。スイツチＳｌ，Ｓ２は、これらのナ
ンドゲート１５，１８の出力Ｄｌ，ｄ２が「Ｈ」となつ
た時、オンの動作をするようになされている。

このゲート１５，１８には測定装置のスタート時に「Ｈ
」となる入力線２０が接続されている。次にスイツチ制
御器１２の動作を説明する。

Ｅｉ＞ＥＯ、即ち積分器３のコンデンサＣの充電レベル
に偏差があるとき、偏差増幅器１１の出力Ｃは「Ｌ」と
なつているから、スイツチＳ１用のナンドゲート１５（
第２図）の入力は、偏差増幅器１１の出力を除き他は「
Ｈ」となるので、出力ｄ１は「Ｈ」でスイツチＳ１はオ
ンとなる。これに対してＥｉ＜．ＥＯ、即ち偏差がない
とき、ゲート１５の入力は全て「Ｈ」となりその出力ｄ
１は「Ｌ］でスイツチＳ１はオフとなる。一方、ナンド
ゲート１４の入力はサンプリングパルスがこない場合、
オアゲート１０からの入力が「Ｌ」であるから、偏差増
幅器１１の出力レベルに無関係に「Ｈ」になり、単安定
マルチバイブレータ１７の出力Ｑは「Ｈ」となつている
。したがつて、スイツチＳ２用ナンドゲート１８の入力
は共に「Ｈ」で、その出力は「Ｌ」となり、スイツチＳ
２はオフとなる。今偏差のないとき（従つて増幅器１１
の出力が「Ｈ］のとき）、サンプリングパルスがナンド
ゲート１４を介してスイツチ制御器１２に入力して単安
定マルチバイブレータ１７の入力Ａは「Ｈ」から「Ｌ」
に変化する。

この時マルチバイブレータ１７が反転してその出力σは
「Ｈ」から「Ｌ」となり、これによりナンドゲート１８
を介して上記単安定マルチバイブレータ１７の抵抗Ｒ１
、コンデンサＣ１で定まる限時時間の間スイツチＳ２を
オンする。一方単安定マルチバイブレータ１７の反転時
その出力Ｑ即ち他の単安定マルチバイブレータ１９の入
力Ａは「Ｌ」から「Ｈ」に変化し、その後マルチバイブ
レータ１７の限時時間の経過後「Ｈ」から「Ｌ」に変化
する。しかるにこの［Ｈ」から「Ｌ」への変化により単
安定マルチバイブレータ１９は反転してその出力Ｑから
抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２で定まる限時時間幅の「Ｌ］
のパルスが発生する。このパルスはナンドゲート１５を
通じてりセツトパルスｄ１としてスイツチＳ１に与えら
れ、かくしてスイツチＳ２がオフとなるとこれに続いて
スイツチＳ１がオンとなることにより積分器３のりセツ
トを行う。これに対して、偏差のあるとき（増幅器１１
の出力が「Ｌ」のとき）、ナンドゲー口４の出力はサン
プリングパルスの到来には無関係に「Ｈ」の状態を維持
する。

従つてマルチバイブレータ１７は反転動作をすることは
ないので、ナンドゲート１８の出力は「Ｌ」となり、ス
イツチＳ２はオンにはならない。又増幅器１１の出力が
「Ｌ」であるのでナンドゲート１５の出力は「Ｈ」とな
り、スイツチＳ１はオン状態を維持する。以上のスイツ
チ匍脚器１２の動作を要訳するとスイツチＳ１のオン動
差は、（１） Ｅ！〉ＥＯの偏差のあるとき （２）スイツチＳ２がオフとなる瞬間からマルチバイブ
レータ１９の限時時間の間、スイツチＳ２のオン動作は
、（３） Ｅｉ＜ＥＯの状態においてサンプリングパル
スが入力したときとなる。

次に本発明に依る第１図のピーク値測定装置の動作を第
３図ないし第５図と共に説明する。

第３図は被測定入力信号Ｅｉの周波数の周期が長く（低
周波の場合）、この１／４サイクルの変化時間より積分
器３のレスポンスが速い場合の各部の信号波形図である
。時点Ｔ。

で測定が開始され入力線２０が「Ｈ」になると、入力信
号Ｅｉ（第３図Ａ）が増加して積分器３の出力Ｅ。（第
３図Ｆ）に対してＥｉ〉ＥＯとなるので、極性弁別制限
増幅器１の出力Ｅｂはスイツチ動作レベルに達し（第３
図Ｄ）、スイツチＳ１がオンとなる（第３図Ｅ）。この
場合積分器３のレスポンスが速いのですぐＥｉ＜へとな
り、スイツチＳ１はオフとなりＥ。の増加は止まる。し
かし入力信号Ｅｌが増加するのでふたたびすぐにＥｉ＞
ＥＯとなるからスイツチＳ１はふたたびオンとなる。こ
のようなスイツチＳ１のオン、オフ繰返し動作は、Ｅｉ
がピーク値に到達する時点ｔ１まで継続する。時点ｔ１
以後人力信号Ｅｉがピーク値から低下するのでＥｉ＜Ｅ
Ｏの偏基が発生し、出力Ｃｂは極性弁別制限増幅器１の
制限レベルで飽和した状態となる。したがつてこの間ス
イツチＳ１はオフとなりＥ。はＥｉのピーク値で保持さ
れる。尚積分器３の保持特性により積分出力Ｅ。

が低下するが、次の周期のピーク値附近の時点Ｔ２でふ
たたびＥｉ＞ＥＯとなることによりスイツチＳ１がオン
、オフ動作を行ない、Ｅｉのピーク値でＥ。は保持され
る。入力信号Ｅｉの１サイクルパルスａ（第３図Ｂ）と
分周器６による１／２分周のサンプリングパルスｂ（第
３図Ｃ）によつて時点Ｔ３でスィッチＳ２がオンとなる
（第３図Ｇ）。

このときＥｉのピーク値に保持されたＥ。はこのスイツ
チＳ２によつてサンプルホールド回路４に移され、この
値が出力信号Ｅ。（第３図１）として図示しない指示計
等で測定される。時点Ｔ４においてスイツチＳ２がオフ
になると続いて発生するりセツトパルスｄ１（第３図Ｈ
）によつてスイツチＳ１がオンとなり積分器３のりセツ
トを行なう。

従つて積分出力Ｅ。はスイツチＳ１がオフとなる時点Ｔ
，の値を以後保持する。以下同様にして次の周期におい
てＥ。＞ｅ１でスイツチＳ１がオン、Ｅｉ＜．ＥＯでオ
フの動作を繰返し次のサンプリングパルスによつて上述
と同様の動作を行なう。第４図は入力信号Ｅｉの周波数
の周規が短かく（高周波）、この１／４サイクルの変化
時間より積分器３のレスポンスが遅い場合の各部の信号
波形を第３図に対応させて示す。

上述の場合と同様に時点Ｔ。

におけるスタート時、Ｅｉ＞ＥＯとなるのでＥｂはスイ
ツチ動作レベルに達しスイツチＳ，かオンとなるが、積
分器３のレスポンスが遅いので積分出力Ｅ。がＥｉのピ
ーク値に対して不足したまま時点ｔ１においてＥｉ＜Ｅ
Ｏとなり、スイツチＳ１はオフとなる。しかるにＥｉの
次の周期の時点Ｔ２でふたたびＥｉ＞ＥＯとなればスイ
ツチＳ１がオンとなりＥＯを上昇させていく。以後同様
にＥ１の数周期を用いてＥ。をＥｉのピーク値に近づけ
Ｅｉ−ＥＯでスイツチＳ１のオン、オフ動作は停止する
。この場合その後１／８分周のサンプリングパルスｂに
よつて時点Ｔ２ＯにおいてスイツチＳ２がオンとなり、
ＥＯをサンプルホールド回路４に移してＥｌのピーク値
を出力ＥＯとして送出する。その後時点Ｔ２ｌにおいて
りセツトパルスｄ１によつてスイツチＳ１をオンとして
積分器３のりセツトを行なうのは前述の場合と同様であ
る。なお、サンプリングパルスが発生するＥｉのピーク
値附近で例えばノイズ等何らかの原因でピーク値が増大
したような場合は瞬間的にＥ１〉ＥＯとなり、よつて偏
差増幅器１１の出力Ｃ、即ちナンドゲー口４の入力は「
Ｌ」となるから、この時サンプリングパルスによるスイ
ツチＳ２のオン動作は行なわれずよつてこのような特別
な場合ののＥｉのピーク値はＥ。

として指示されない。第５図は、本発明によるピーク値
測定装置において、被測定信号Ｅｉのピーク値変動に対
する出力ＥＯのレスポンスを説明した図である。即ち第
１のサンプリングパルスが得られた時点ｔ１から第２の
サンプリングパルスが得られた時点Ｔ２までの間のＥ。
の値は、時点ｔ１以前のＥｉのピーク値をＥ。としてホ
ールド回路４にホールドされた値である。しかるに時点
Ｔ，〜Ｔ２においてＥｉのピーク値が増加するとＥ。は
これに追随して増加するが、ＥＯは時点Ｔ２において第
２のサンプリングパルスが得られたとき追随増加する。
同様に第２及び第３のサンプリングパルスが得られる時
点Ｔ２及びＴ３間でピーク値が減少すれば、第３のサン
プリングパルスによつてＥ。をりセツトすることでＥ。
をピーク値に追随させると共に、このＥ。の変化に対し
て第４のサンプリングパルスによつてＥ。を追随減少さ
せる。尚、サンプリングパルスの周期を短かくすればピ
ーク値変動のレスポンスは速くなるが、一般に長時間に
わたり一定振幅の繰返しを与えるような疲労試験のため
のピーク値測定においては、数周期のピーク変動を指示
しないことがあつても実際上何ら不都合を生じない。

以上の実施例ではサンプリングパルスを入力信号Ｅｉの
１サイクルパルスを適当に分周したもので説明したが、
入力信号とは別に一定時間ごとのサンプリングパルスで
行つても良い。

特に積分器の保持特性があまり問題とならない高周波の
場合には時間パルスを用いたのが装置の構造上好ましい
。また以上の説明では被測定入力信号Ｅｉの土側ピーク
値の測定例を述べたが、これは極性弁別制限増幅器１の
ダイオードの極性、偏差増幅器１１のスイツチ動作レベ
ル電圧の極性等を逆にすることによつて同様にして下側
ピーク値を測定することができる。

また上述の実施例においては入力信号Ｅｉの波形として
三角波を示したが、これに代え正弦形、短形波、台形波
としても用様にそのピーク値を測定することができる。
上述せる如く本発明に依れば、被測定繰返し周波数に対
応する周期をもつて、ピーク値を自動的に測定でき、か
くするにつき出力としてサンプリングホールド値を出力
できるのでメータによる指示ないし記録が可能になる。

従つて従来の様に波形を画かせてこれを測定するが如き
必要性はなく、この分人手の省力化及び装置の構成の簡
易化を促進せしめ得る。依つて冒頭において述べた様に
、振動疲労試験等の振幅測定に適用して好適なピーク値
測定装置を容易に得ることができる。又上述の実施例の
様にすれば、サンプリングパルスの周期を変更するだけ
で被測定信号の周波数レンジに対応した好適な出力信号
のレスポンスを得ることができ、かくするにつき被測定
信号の波形の影響を受けない。

更に測定出力としてリツプルを含まない一定直流出力を
得ることができ、従つて指示、記録計として特別な構成
のものを選択するが如き必要性は全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に依るビーク値測定装置の一例を示す系
統的接続図、第２図はそのスイツチ制御器の詳細構成を
示す接続図、第３図ないし第５図は第１図の動作の説明
に供する信号波形図である。 １・・・・・・極性弁別制限器、２・・・・・・インピ
ーダンス変換増幅器、３・・・・・・積分器、４・・・
・・・サンプリングホールド回路、６・・・・・・分周
器、１１・・・・・・偏差増幅器、１２・・・・・・ス
イツチ制御器、Ｓ，，Ｓ２・・・・・・スィツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 試験片の振動、疲労試験に際して、当該試験片に加
   わる繰返し荷重、または当該試験片の変位振幅における
   ピーク値を測定する振動、疲労試験機において、被測定
   信号Ｅｉを入力とする極性弁別制限増幅器の出力ｅｂを
   インピーダンス変換増幅器及び第１のスイッチＳ＿１を
   介して積分器に接続し、その積分器出力ｅ＿０を上記極
   性弁別制限増幅器の入力端に負帰還すると共に、上記積
   分器出力ｅ＿０を第２のスイッチＳ＿２を介してサンプ
   リングホールド回路において保持し、上記被測定入力信
   号の周期と同じ周期をもつパルスａを分周器によつて分
   周して複数のサンプリングパルスを形成し、このサンプ
   リングパルスの１つを周波数レンジ切換信号をによつて
   選択的に開くゲートを通じて上記スイッチ制御器に入力
   することにより当該スイッチ制御器に対して上記被測定
   入力信号の繰返し周波数に対応した周期のサンプリング
   パルス入力を与えるようにし、上記スイッチ制御器は上
   記極性弁別制限増幅器の出力及び上記サンプリングパル
   ス入力に応じて、Ｅｉ＞ｅ＿０のとき上記偏差増輻器の
   出力に基づいて上記第１のスイッチＳ＿１をオンに制御
   し、続いて上記サンプリングパルスに基づいて上記第２
   のスイッチＳ＿２をオンに制御することにより上記サン
   プリングホールド回路のホールド出力をピーク値測定出
   力として送出する様にしてなる振動、疲労試験機のピー
   ク値測定装置。