JPS62288534A - 固有振動数測定装置 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は固有振動数測定装置に関する。本発明による装
置は、例えば振動を伴う物体に他の物体がステイ等を介
して固定される時にその取付強度が最小となる固有振動
数を検出する場合、張設された各種線、ベルト等の張力
を測定する場合等に利用され得る。

〔従来の技術、および発明が解決しようとする問題点〕

振動を伴う物体（Ａとする）にステイ等を介して他の物
体（Ｂとする）を固定する場合、その取付強度が最小と
なる固有振動数を知ることは設計上重要である。例えば
、エンジン本体Ａに補ａＢを取付ける場合、補機Ｂの固
有振動数を知ることにより取付強度上量も危険なエンジ
ン回転数を知ることができ、設計等に役立てることがで
きる。

従来、被測定物Ｂの固有振動数を測定する一つの手段と
してハンマリング法を利用した測定装置がある。この装
置は、物体Ａに固定された被測定物Ｂをハンマ（Ｇセン
サ（加速度センサ）内蔵）でたたいて衝撃を与え、被測
定物Ｂに取付けられたＧセンサおよびハンマに内蔵のＧ
センサがこの衝撃に応答してそれぞれ発生した出力信号
をＦＦＴ（高速フーリエ変換器）に通すことにより、被
測定物Ｂの固有振動数を検出するようにしたものである
。

しかしながら、このハンマリング法を利用した装置によ
れば、被測定物にＧセンサを取付け、そしてこの被測定
物をハンマでたたくという手順が必要であるため、被測
定物の固有振動数を検出するのに比較的手間を要すると
いう問題があり、また、ＧセンサおよびＦＦＴを必要と
することと相俟って装置の規模が大きくなるという問題
が生じる。

本発明は、上述した従来形における問題点に鑑み創作さ
れたもので、比較的筒易構成で、物体の固有振動数を容
易に測定することができる固有振動数測定装置を提供す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、電気信号とこの電気信号に応じた力学
的振動とを互いに可逆的に変換し得る電気・振動変換手
段と、被測定物に当接しかつ電気・振動変換手段と協働
する接触部材と、電気・振動変換手段に第１の電気信号
を供給し、この第１の電気信号に応答して発生した被測
定物の力学的振動に対応する第２の電気信号を受け、こ
の第２の電気信号の電気・振動変換手段へのフィードバ
ックをくり返すと共にこの第２の電気信号に基づいて被
測定物の固有振動数を検出する回路と、を備えてなる固
有振動数測定装置が提供される。

〔作　用〕

電気・振動変換手段は、固有振動数の検出回路から第１
の電気信号を供給されると、この第１の電気信号に応じ
た振動（仮に第１の振動とする）を発生する。この第１
の振動は、接触部材を介して被測定物に印加される。被
測定物はこの第１の振動に応答して別の振動（仮に第２
の振動とする）を発生し、この第２の振動は、接触部材
を介して電気・振動変換手段に印加され、そこで振動に
応じた第２の電気信号に変換される。この第２の電気信
号は、検出回路により検出されると共に、電気・振動変
換手段にフィードバックされる。このフィードバックに
より、被測定物は、第２の振動数で加振されることにな
り、以降、上述した一連の作用がくり返される。

第１の電気信号が供給された直後は、被測定物、接触部
材および電気・振動変換手段は種々の振動数で振動して
いるが、やがて最も振動の生じ易い被測定物の固有振動
数で安定した振動をするようになる。

すなわち、本発明による装置は、第１の電気信号を電気
・振動変換手段に印加するという簡単な手順により被測
定物の固有振動数の容易な測定を可能にするものである
。

［実施例〕 第１図には本発明の一実施例としての固有振動数測定装
置が被測定物と共に概略的に示される。

図中、破線Ｍで囲まれた部分が固有振動数測定装置であ
る。１はエンジン本体であり、このエンジン本体１にス
テイ２がボルト３ａ、３ｂにより支持されており、さら
にこのステイ２に例えばオルタネータ等の補機６がボル
ト４およびナツト５により固定されている。

一方、固有振動数測定装置Ａにおいて、ｌＯは接触子で
あり、この接触子ｌＯは圧電振動体２０（電気・振動変
換手段）の一方の面の中央に接着され、その先端部は、
固有振動数測定の際に補機６の表面に接触させられる。

また、圧電振動体２０の他方の面からは３本の配線が延
び、固有振動数検出回路３０に接続されている。圧電振
動体２０の詳細については後述される。７は固定のケー
スであり、８はこのケース７に嵌合するキャンプであっ
て、キャップ８の中央には接触子ＩＯの先端部が通過可
能な孔が設けられている。圧電振動体２０は、キャップ
８との間にスペーサ９を介し、ケース７とキャップ８と
の間で挾持されるようになっている。

第２図には第１図に示される圧電振動体２０の詳細な構
造が示される。

圧電振動体２０は、接触子１０との間で力学的振動を直
接授受する振動板２１と、電気信号とこの電気信号に応
じた力学的振動とを互いに可逆的に変換し得る圧電振動
板２２とで構成されており、この圧電振動板２２の上に
、同心円状にアルミニウムの出力電極２３および入力電
極２４が塗布されている。なお、本実施例では振動板２
１と圧電振動板２２は別個に構成されているが、例えば
圧電振動板２２のみを用いて、この圧電振動板に接触子
１０を直接接着した構成としてもよい。

第３図には第１図に示される装置の具体的な構成が示さ
れる。

固有振動数検出回路３０は、出力電極２３と振動板２１
の間に現われる電圧信号Ｖ、を端子ＩＮおよびＧＮＤに
おいて入力し、適当な周波数域だけを通過させるバンド
パスフィルタ３１と、入力された信号を増幅し、端子Ｏ
ＵＴおよびＧＮＤより入力電極２４と振動板２１の間に
電圧信号■２として供給する増幅器３２と、バンドパス
フィルタ３１の出力側と増幅器３２の入力側との間の電
気的接続またはしゃ断を行うためのスイッチ３３と、増
幅器３２の出力信号■２を波形整形して矩形波に変換す
る波形整形回路３４（出力信号をＶ、とする）と、この
矩形波の出力信号Ｖ３の周波数すなわち被測定物の固を
振動数に対応する周波数を電圧量に変換するＦ／Ｖ変換
器３５と、このＦ／Ｖ変換器３５の出力電圧に基づき予
め決められた演算を行なって固有振動数の可視表示（例
えば発光ダイオードによる表示）を行う表示回路３６と
、で構成されている。

次に、第１図および第３図を参照しながら本実施例装置
の作用について説明する。

まず、接触子ＩＯの先端を測定対象物、すなわち補機６
に接触させる。この状態でスイッチ３３をオンすると、
スイッチングによるノイズ（第１の電気信号）が増幅器
３２で増幅され、その電圧が入力電極２４と振動板２１
の間に印加される。

これにより、圧電振動板２２は上述のノイズに応じた振
動（第１の振動）を発生し、この振動は接触子１０を介
して補機６に伝達される。

補機６は第１の振動に応答して別の振動（第２の振動）
を発生し、この振動は接触子１０を介して圧電振動板２
２に伝達される。これにより、出力電極２３と振動板２
工の間から第２の振動に応じた電圧信号（第２の電気信
号）　Ｖ　＋が出力される。

電圧信号ｖＩは、バンドパスフィルタ３１により適当な
周波数域だけ取出され、スイッチ３３を介し、増幅器３
２で増幅される。この増幅された信号（電圧信号ＶＺ）
は、圧電振動体２０にフィードバンクされると共に、波
形整形回路３４に入力される。このフィードバックによ
り、圧電振動板２２、接触子１０および補機６は電圧信
号Ｖ２に対応した振動数、すなわち第２の振動数で加振
され、以降、上述した一連の作用がくり返される。

このようなフィードバックを行う理由は、スイッチ３３
のスイッチングノイズに応答して発生した補機６の振動
（第２の振動）に対応する電圧信号■、の大きさが極め
て小さく、そのために波形整形を行うには不充分である
という事態を回避するためである。

なお、スイッチ３３がオンされた直後は、補機６、接触
子１０および圧電振動板２２は種々の振動数で振動して
いるが、やがて最も振動の生じ易い補機６の固有振動数
で安定した振動をするようになる。このようにして安定
状態に落着いた固有振動数に対応の信号は、波形整形回
路３４において矩形波に変換され（出力信号ｖ３）、Ｆ
／■変換器３５において補機６の固有振動数に対応する
電圧量に変換され、そして表示回路３６によりその固有
振動数が可視表示される。

このようにして得られた固有振動数により、補機６のエ
ンジン本体１への取付強度上量も危険なエンジン回転数
を知ることができ、設計に寄与させることができた。

第４図には第３図に示される装置の各部の信号波形の一
例が示される。

第５図には第１図に示される電気・振動変換手段（圧電
振動体２０を含む）の−変形例が断面的に示される。

第５図に示される実施例は、圧電素子の積層体を使用し
たものである。図中５１はスタックで、後述されるよう
に圧電素子の薄板、電極および絶縁板から構成されてい
る。スタック５１は１ｍのスタックホルダ５２ａ、５２
ｂにより上下から挾持されており、さらにスタックホル
ダ５２ａ、５２ｂはメインピストン５３およびサブピス
トン５４により挟持されており、メインピストン５３の
中央には接触子５５が接着されている。メインピストン
５３およびサブピストン５４は、ケース５６に対して図
中Ｎ方向に摺動自在であり、メインピストン５３とケー
ス５６の間には皿ばね５７が挿入されている。キャップ
５８でケース５６にふたをすることにより、皿ばね５７
が荷重を受ける構成になっている。

第６図には第５図に示されるスタック５１の具体的な一
構成例が示される。

スタック５１は、入力部Ａと出力部Ｂとで構成され、両
者は絶縁板６１により絶縁されている。

入力部Ａは入力正電極６２、入力負電極６３および圧電
振動板６４から構成され、それらが第６図に示されるよ
うに複数枚積層された形となっている。また、圧電振動
板６４はその分極方向が正電極から負電極に向かうよう
に配置される。一方、出力部Ｂは出力正電極６５、出力
負電極６６および圧電振動板６７から構成され、入力部
と同様に積層された形となっている。入力負電極６３お
よび出力負電極６６は共に、第５図に示される固有振動
数検出回路３０のＧＮＤ端子に接続され、入力正電極６
２はＯＵＴ端子に、出力正電極６５はＩＮ端子に、それ
ぞれ接続されている。

以下、第５図および第６図に示される電気・振動変換手
段を用いた場合の装置の作用について説明する。

まず、固有振動数検出回路３０内のスイッチ３３をオン
すると、スイッチングによる発生電圧により入力部Ａの
圧電振動板６４がその発生電圧に応じた振動数（第１の
振動）で伸び縮みする。

この第１の振動は接触子５５に伝達され、接触子５５に
接触する物体（第１図の実施例では補機６）を振動させ
る。この物体は第１の振動に応答して第２の振動を発生
する。この第２の振動は接触子５５から出力部Ｂの圧電
振動板６７に伝達され、その圧電振動板６７を伸び縮み
させる。その振動により、出力正電極６５と出力負電極
６６の間にその振動に応じた電位差ＶＩが生じる。この
電圧信号ｖ１は、前述したようにバンドパスフィルタ３
１、スイッチ３３および増幅器３２を介し、電圧信号Ｖ
２として入力部Ａの入力正電極６２と入力負電極６３の
間に印加される。これにより、入力部Ａの圧電振動板６
４はその電圧信号■２に応じた振動数で伸び縮みする。

このようにして、上述した一連の作用がくり返される。

圧電振動板６４　、６７は、最初のうちは種々の振動モ
ードで振動しているが、やがて最も振動の生じ易い物体
の固有振動数で安定した振動を行うようになる。この安
定状態における電気信号を、波形整形回路３４およびＦ
／Ｖ変換器３５を介して表示回路３６により可視表示さ
せることにより、物体の固有振動数を知ることができる
。

第７図には第１図に示される電気・振動変換手段（圧電
振動体２０を含む）の他の変形例が断面的に示される。

第７図に示される実施例は、永久磁石とコイルを使用し
たものである。図中７１は永久磁石で、ケース７２に接
着されている。この永久磁石７１を包囲するように入力
コイル７３および出力コイル７４が配設されており、両
方のコイルは振動板７５に接着されている。この振動板
７５は、その周囲をケース７２とキャップ７６により固
定されており、その中央には接触子７７が接着されてい
る。また、入力コイル７３および出力コイル７４のそれ
ぞれの一方の端子は、それぞれ固有振動数検出回路３０
のＯＵＴ端子、ＩＮ端子に接続されている。入力コイル
７３および出力コイル７４のそれぞれの他方の端子は共
に、固有振動数検出回路３０のＧＮＤ端子に接続されて
いる。

以下、第７図に示される電気・振動変換手段を用いた場
合の装置の作用について説明する。

まず、固有振動数検出回路３０内のスイッチ３３をオン
すると、スイッチングによるノイズ電流が人力コイル７
３に流れ、その電流と永久磁石７１の作る磁界との相互
作用により入力コイル７３に電磁力が働き、振動板７５
を介して接触子７７を振動させる。これによって接触子
７７に接触している物体が微少振動する。物体の振動は
接触子７７から振動板７５を介して出力コイル７４に伝
達される。この時、永久磁石７１の磁界により、出力コ
イル７４に起電力が生じ、固有振動数検出回路３０に振
動に応じた電流が流れる。固有振動数検出回路３０内で
この電流のフィルタリングおよび増幅がなされた後、人
力コイル７３に電流がフィードバックされる。このよう
にして、前述した実施例と同様に、上述した一連の作用
がくり返され、振動板７５はやがて物体の固有振動数で
振動するようになる。

なお、第１図または第５図に示される電気・振動変換手
段を用いた場合には、固有振動数検出回路３０との間で
授受を行う電気信号の形態は電圧信号Ｖ＋、Ｖｚ　　（
第３図参照）となるが、第７図に示される電気・振動変
換手段を用いた場合には電流信号（図示せず）となる。

また、上述した実施例においては電気信号を振動に、あ
るいは振動を電気信号に可逆的に変換する手段を用いた
が、それに限らず、例えば電気信号を変位に、あるいは
変位を電気信号に可逆的に変換する手段を用いることも
可能である。

さらに、上述した実施例では、補機のエンジンに対する
取付強度上の固有振動数を検知する場合について説明し
たが、本発明が物体の固有振動数の測定を可能にすると
いう点に鑑み、例えば張設された各種線、ベルト等の張
力測定にも利用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、振動数測定に際し
煩雑な手間を必要とすることなく、比較的筒易構成で、
物体の固有振動数を容易に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての固有振動数測定装置
を被測定物と共に概略的に示した図、第２図は第１図に
示される圧電振動体２０の詳細な構造を示す図、 第３図は第１図に示される装置の具体的な構成図、 第４図は第３図に示される装置の各部の信号波形の一例
を示す図、 第５図は第１図に示される電気・振動変換手段の一変形
例を示す断面図、 第６図は第５図に示されるスタック５１の具体的な一例
を示す構成図、 第７図は第１図に示される電気・振動変換手段の他の変
形例を示す断面図、である。 ６・・・補機、　　　　　　　　１０・・・接触子、２
０・・・圧電振動体、 ３０・・・固有振動数検出回路、 ３３・・・スイッチ（第１の電気信号の発生源）、５１
・・・スタック、　　　　　５５・・・接触子、６４　
、６７・・・圧電振動板、　　７１・・・永久磁石、７
３・・・入力コイル、　　　　７４・・・出力コイル、
７５・・・振動板、　　　　　　７７・・・接触子、Ｖ
、・・・バンドパスフィルタ３１の入力電圧（第２の電
気信号）、 Ｖ２・・・増幅器３２の出力電圧、 Ｖ３・・・波形整形回路３４の出力電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気信号と該電気信号に応じた力学的振動とを互いに可
   逆的に変換し得る電気・振動変換手段と、被測定物に当
   接し、かつ該電気・振動変換手段と協働する接触部材と
   、 該電気・振動変換手段に第１の電気信号を供給し、該第
   １の電気信号に応答して発生した該被測定物の力学的振
   動に対応する第２の電気信号を受け、該第２の電気信号
   の該電気・振動変換手段へのフィードバックをくり返す
   と共に該第２の電気信号に基づいて該被測定物の固有振
   動数を検出する回路と、を備えてなる固有振動数測定装
   置。