JP3202584B2 - Vibration analysis method and device - Google Patents
Vibration analysis method and deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン特
にトラック、バス等に搭載されるディーゼルエンジン
や、コンプレッサ等の最適設計、騒音低減のため、それ
らの騒音源を形成する振動信号をFFT分析する振動分
析方法及びその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention performs an FFT analysis on a vibration signal forming a noise source of an automobile engine, especially a diesel engine mounted on a truck, a bus, or the like, or a compressor for optimal design and noise reduction. The present invention relates to a vibration analysis method and a vibration analysis method.
【0002】[0002]
【従来の技術】振動騒音低減のためには、その発音源の
振動特性を把握し現象をよく理解したうえで所要のモデ
ル化を図ることが必要である。そのために、実物ないし
模型による振動試験を行い、該振動試験により得られた
加振力と応答の測定結果からFFT分析による信号処理
により周波数応答関数または単位衝撃応答を求め、固有
振同数、モード減衰比、固有モードに代表されるモード
特性を同定するようにしている。一方、有限要素法等の
理論構造解析を駆使して作成された有限要素モデルに対
し構造の挙動を検証するモーダル解析を行なう、所謂F
EM数値解析を行なっている。上記実機試験における振
動試験及び測定結果からの信号処理や、前記FEM数値
解析の検証に使用されるモーダル解析には、従来は加速
度ピックアップ測定により多くの日数(約5日)を割い
て行なわれてきたが、最近は図13に示すレーザドップ
ラ振動計システムの採用により測定時間の大幅な短縮が
可能となり、騒音発生源の振動の特定には前記システム
が多用されるようになっている。2. Description of the Related Art In order to reduce vibration noise, it is necessary to grasp the vibration characteristics of the sound source and to understand the phenomena, and then to carry out a required modeling. For this purpose, a vibration test using a real or model is performed, and a frequency response function or a unit impact response is obtained by signal processing by FFT analysis from the measurement results of the excitation force and the response obtained by the vibration test, and the natural vibration number and modal damping are obtained. The mode characteristic represented by the ratio and the eigenmode is identified. On the other hand, a so-called F-model, which performs a modal analysis on a finite element model created by making full use of a theoretical structure analysis such as a finite element method to verify the behavior of the structure.
EM numerical analysis is performed. Conventionally, the signal processing from the vibration test and the measurement result in the actual machine test and the modal analysis used for verifying the FEM numerical analysis have been performed by taking many days (about 5 days) by the acceleration pickup measurement. It was, but recently the laser Doppler shown in FIG. 13
The use of the vibration meter system makes it possible to significantly reduce the measurement time, and the system is frequently used for specifying the vibration of the noise source.
【0003】図13に示すように、上記レーザドップラ
振動計システムは、レーザユニット101とコントロー
ラユニット102とよりなる。レーザユニット101
は、レーザ光電系とCCDカメラよりなり、レーザ光電
系によりレーザ光を振動している測定対象物100に照
射し、反射光のドップラ効果による周波数変化を計測し
て対象物の振動速度を算出する振動信号を出力するよう
にし、CCDカメラより測定面の振動分布を映像信号と
してを出力するようにしている。一方コントローラユニ
ット102は、前記振動信号の信号処理をするFFTア
ナライザと前記映像信号を処理して振動画像を形成する
画像処理部とより構成してある。As shown in FIG. 13, the laser Doppler vibrometer system includes a laser unit 101 and a controller unit 102. Laser unit 101
Is composed of a laser photoelectric system and a CCD camera, irradiates a laser beam to the oscillating measurement object 100 by the laser photoelectric system, measures the frequency change due to the Doppler effect of the reflected light, and calculates the vibration speed of the object. A vibration signal is output, and a vibration distribution of the measurement surface is output from the CCD camera as a video signal. On the other hand, the controller unit 102 includes an FFT analyzer that performs signal processing of the vibration signal, and an image processing unit that forms the vibration image by processing the video signal.
【0004】上記振動のモード解析に重用され且つ必要
とされているFFT周波数分析を例えば4サイクルのデ
ィーゼルエンジンの振動分析に使用する場合、4サイク
ルエンジンの基本周期である2回転分の時間を1周期と
してサンプリングし、一括FFT分析している。例え
ば、図14の(14−A)に示す4個の一自由度系のイ
ンパルス応答から構成される時間波形を基本周期Tにわ
たり一括フーリエ変換すると、同図(14−B)に示す
線スペクトラムが得られる。ところが図15の(15−
A)と式(1)で表されるインパルス応答x(t)は本
来、同図(15−B)に示す分布スペクトラムを持ち、
式(2)で表される連続した滑らかなカーブX(ω)を
呈するはずである。When the FFT frequency analysis, which is used and required for the vibration mode analysis, is used for, for example, the vibration analysis of a four-cycle diesel engine, the time corresponding to two revolutions, which is the basic cycle of the four-cycle engine, is set to one. Sampling is performed as a cycle , and collective FFT analysis is performed. For example, when a time waveform composed of four single-degree-of-freedom impulse responses shown in (14-A) of FIG. 14 is subjected to collective Fourier transform over a fundamental period T, a line spectrum shown in (14-B) of FIG. can get. However, (15-
A) and the impulse response x (t) expressed by the equation (1) originally have a distribution spectrum shown in FIG.
It should exhibit a continuous smooth curve X (ω) represented by equation (2).
【0005】[0005]
【数1】 (Equation 1)
【数2】 但し、t :時間[s] ω :角周波数[rad/s] ωn :系の固有角周波数[rad/s] ζ :ダンピングレシオ φ :初期位相[rad] このようなインパルス応答x(t)がサンプリング時間
Tの1/4ずつずれて4回発生する場合には、それぞれ
x(t−τ)、τ=0,T/4,2T/4,3T/4で
表され、その合成関数y(t)と周波数スペクトラムY
(ω)は式(3)、式(4)で表される。(Equation 2) Here, t: time [s] ω: angular frequency [rad / s] ωn: natural angular frequency of the system [rad / s] :: damping ratio φ: initial phase [rad] Such an impulse response x (t) When four times occur with a shift of ず れ of the sampling time T, they are represented by x (t−τ) and τ = 0, T / 4, 2T / 4, 3T / 4, respectively, and their composite function y ( t) and frequency spectrum Y
(Ω) is represented by Expressions (3) and (4).
【0006】[0006]
【数3】 (Equation 3)
【数4】 ここで、フーリエスペクトラムの周波数分解能を考慮す
るとω=2πm/T,(次数m=0,1,…)となるの
で、式(4)はさらに展開され、式(5)を得る。(Equation 4) Here, considering the frequency resolution of the Fourier spectrum, ω = 2πm / T, (order m = 0, 1,...), So that equation (4) is further expanded to obtain equation (5).
【0007】[0007]
【数5】 このようにして、インパルス応答の繰り返し数(周期的
間欠信号の数)を周期として線スペクトラムが現われ
る。即ち、4個のインパルス応答例「図16の(16−
A)」では、同図(16−B)に示すように3本のゼロ
振幅のスペクトラムラインに続き1本の値を持ったスペ
クトラムラインが現われ、その繰り返し周期は4ライン
となって現われる。(Equation 5) In this manner, a line spectrum appears with the number of repetitions of the impulse response (the number of periodic intermittent signals) as the cycle. That is, four impulse response examples “(16-
In (A) ", a spectrum line having one value appears following three zero-amplitude spectrum lines as shown in FIG. 16 (B), and its repetition period appears as four lines.
【0008】実際のエンジン振動では、繰り返される各
インパルス応答が加振気筒ごとに少しずつ異なるため、
そのスペクトラムの干渉結果は必ずしも互いをキャンセ
ル仕切れず図14の(14−B)に示すように周波数応
答は複雑なスペクトラム形状を呈し、固有振同数、モー
ド減衰比、固有モードに代表されるモード特性の同定に
は困難を伴った。In the actual engine vibration, the repetition of each impulse response is slightly different for each excitation cylinder.
The interference result of the spectrum does not necessarily cancel each other, and the frequency response exhibits a complicated spectrum shape as shown in FIG. 14 (14-B), and the mode characteristic represented by the natural frequency, the mode attenuation ratio, and the natural mode Identification was difficult.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の請求
項1記載の発明は、基本周期を形成する複数の時間区分
のそれぞれに内蔵された循環周期的振動信号により、前
記基本周期分の時間波形を形成する振動信号において、
前記振動信号を基本周期毎に一括FFT分析する従来の
方法により得られる周波数応答関数に見受けられる複雑
なスペクトラムを除去し、正確なモード特性の同定を可
能とする振動分析方法の提供を目的としたものである。
また、本発明は、 前記循環周期的振動信号を間欠的イ
ンパルス信号に特定し、時分割FFT分析をパワースペ
クトラムの形で得られるようにしたる平均化処理を内蔵
した振動分析方法の提供を目的としたものである。ま
た、請求項2記載の発明は、前記発明の目的に加え、前
記循環周期的振動信号は、ディーゼルエンジンの着火に
より発生する間欠的インパルス信号で構成され、前記時
間区分の区切りは、ディーゼルエンジンの各気筒の着火
タイミングを区切りとして前記時間区分に順次1個ずつ
発生する振動分析方法の提供を目的としたものである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the invention according to claim 1 of the present invention is based on a circulating periodic vibration signal incorporated in each of a plurality of time sections forming a fundamental cycle, and the time corresponding to the fundamental cycle is obtained. In a vibration signal forming a waveform,
It is an object of the present invention to provide a vibration analysis method that removes a complex spectrum found in a frequency response function obtained by a conventional method of performing a collective FFT analysis of the vibration signal for each fundamental period and enables accurate mode characteristic identification. Things.
Another object of the present invention is to provide a vibration analysis method incorporating an averaging process for specifying the circulating periodic vibration signal as an intermittent impulse signal and enabling time-division FFT analysis to be obtained in the form of a power spectrum. It is what it was. Further, an invention according to claim 2, wherein, in addition to the purpose of the invention, the circulating periodic vibration signal is constituted by an intermittent impulse signal generated by the ignition of a diesel engine, separator of the time segment, the diesel engine It is an object of the present invention to provide a vibration analysis method in which the ignition timing of each cylinder is set as a delimiter and one vibration is sequentially generated in the time section.
【0010】また、請求項3記載の発明は、前記目的に
加え、スキャン計測により計測情報の高密度化を可能と
した振動分析方法の提供を目的としたものである。ま
た、請求項4記載の発明は、前記請求項1〜3記載の発
明に好適に適用される時分割周波数分析装置の提供にあ
る。また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明
の目的に加え、前記循環周期的振動信号が間欠的インパ
ルス信号で構成された振動源を有する装置に好適に適用
される時分割周波数分析装置の提供にある。また、請求
項6記載の発明は、請求項4記載の発明の目的に加え、
ディーゼルエンジンの振動分析に使用可能にした時分割
周波数分析装置の提供にある。[0010] In addition to the above-mentioned object, the invention according to claim 3 aims at providing a vibration analysis method which can increase the density of measurement information by scan measurement. A fourth aspect of the present invention is to provide a time-division frequency analysis apparatus suitably applied to the first to third aspects of the present invention. According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the object of the fourth aspect, a time-division frequency suitably applied to an apparatus having a vibration source in which the circulating periodic vibration signal is constituted by an intermittent impulse signal. An analyzer is provided. The invention described in claim 6 has the object of the invention described in claim 4 ,
It is an object of the present invention to provide a time-division frequency analyzer that can be used for vibration analysis of a diesel engine.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項1記載の発明は、複数の振動源に起
因する複数の振動が夫々周期的に異なるタイミングで出
現することにより構成される振動信号の振動分析方法に
おいて、所望のサンプリング時間内における前記振動信
号を前記複数の振動毎に時分割し、該時分割された振動
信号の夫々の時間波形を分割開始からその分割の終りま
でを各区間として個別にFFT変換したのち、該夫々の
FFT変換結果を合計して前記所望のサンプリング時間
内の周波数分析を可能にするとともに、前記振動信号
は、複数の間欠的インパルス応答信号で構成され、時分
割した間欠的インパルス応答信号を個別にFFT変換し
て時分割パワースペクトラムを得るようにしたものであ
る。上記時分割FFT変換による周波数分析により、シ
ングルポイントの周波数分析が可能になり、例えばディ
ーゼルエンジンの場合では、エンジン構造の固有振動数
に対応した本来の共振ピークが得られる。According to a first aspect of the present invention, a plurality of vibrations caused by a plurality of vibration sources periodically appear at different timings. In the vibration signal analyzing method, the vibration signal within a desired sampling time is time-divided for each of the plurality of vibrations, and the time waveform of each of the time-divided vibration signals is divided from the start of division to the end of the division. Ma
After performing the FFT transform individually in each section, the respective FFT transform results are summed to enable the frequency analysis within the desired sampling time, and the vibration signal is a plurality of intermittent impulse response signals. The time divisional intermittent impulse response signals are individually FFT-transformed to obtain a time divisional power spectrum. The frequency analysis based on the time-division FFT transform enables a single-point frequency analysis. For example, in the case of a diesel engine, an original resonance peak corresponding to the natural frequency of the engine structure is obtained.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】また、請求項2記載の発明は、基本周期を
形成する複数の時間区分のそれぞれに内蔵された循環周
期的振動により、前記基本周期分の時間波形を形成する
振動信号の振動分析方法において、前記基本周期を前記
複数の時間区分毎に時分割し、該時分割された夫々の時
間波形を分割開始からその分割の終りまでを各区間とし
て個別にFFT変換したのち、それを合計してサイクル
全体の周波数分析を行ない、前記循環周期的振動信号
は、ディーゼルエンジンの着火により発生する間欠的イ
ンパルス信号で構成され、前記時間区分の区切りは、デ
ィーゼルエンジンの各気筒の着火タイミングを区切りと
して前記時間区分に順次1個ずつ発生するようにしたこ
とにある。According to a second aspect of the present invention, there is provided a vibration analysis method for a vibration signal which forms a time waveform corresponding to the basic period by circulating periodic vibrations incorporated in each of a plurality of time segments forming the basic period. In the above, the basic period is time-divided for each of the plurality of time segments, and each time-divided time waveform is defined as a section from the start of division to the end of the division.
After the individual FFT transforms are performed, the sums are subjected to frequency analysis of the entire cycle, and the circulating periodic vibration signal is constituted by an intermittent impulse signal generated by the ignition of the diesel engine. The ignition timing of each cylinder of the diesel engine is set as a delimiter, and the ignition timing is generated one by one in the time section.
【0015】また、請求項3記載の発明は、基本周期を
形成する複数の時間区分のそれぞれに内蔵された循環周
期的振動により、前記基本周期分の時間波形を形成する
振動信号の振動分析方法において、前記基本周期を前記
複数の時間区分毎に時分割し、該時分割された夫々の時
間波形を分割開始からその分割の終りまでを各区間とし
て個別にFFT変換したのち、それを合計してサイクル
全体の周波数分析を行ない、さらに、レーザ光により振
動点を順次スキャン計測しながら、計測情報の高密度化
を図ったことを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of analyzing a vibration signal of a vibration signal forming a time waveform of the basic period by circulating periodic vibrations built in each of a plurality of time sections forming the basic period. In the above, the basic period is time-divided for each of the plurality of time segments, and each time-divided time waveform is defined as a section from the start of division to the end of the division.
After performing individual FFT transforms, the sum is added to perform frequency analysis of the entire cycle, and furthermore, the vibration points are sequentially scanned and measured by laser light, thereby increasing the density of measurement information. It is.
【0016】上記スキャン計測により、所要の周波数帯
の選定が正確且つ容易になる。また、エンジンの各気筒
燃焼時のエンジン表面の振動モードが個々に分析でき
る。また、従来の加速度センサを用いた振動計測の代わ
りに、非接触スキャニング式レーザドツプラ振動計とス
キャニング機能を併用出来るため、計測情報の高密度化
(面情報化)と計測迅速化を可能にすることができる。The above-described scan measurement makes it possible to accurately and easily select a required frequency band. In addition, the vibration mode of the engine surface during combustion of each cylinder of the engine can be individually analyzed. In addition, a non-contact scanning laser Doppler vibrometer can be used in combination with the scanning function instead of the conventional vibration measurement using an acceleration sensor, so that it is possible to increase the density of measurement information (surface information) and speed up measurement. Can be.
【0017】また、請求項4記載の発明は、複数の振動
源に起因する複数の振動が夫々周期的に出現することに
より構成される振動信号の振動分析装置において、前記
振動信号の時間波形を検出する非接触振動計と、所望の
サンプリング時間内における前記振動信号の時間波形を
サンプリングするサンプリング手段と、前記所望のサン
プリング時間を複数の時間区分に分割して前記複数の振
動源の夫々の振動信号の初期値を分割開始位置に持つよ
うに時間波形を時分割する時分割手段と、該時分割され
た時間波形を分割開始からその分割の終りまでを各区間
として個別にFFT変換するFFT変換部を含む周波数
分析手段と振動特性同定部、画像処理部及び表示部を備
えたコントローラと、より構成したことを特徴とした時
分割周波数分析装置にある。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vibration signal analyzing apparatus configured by periodically generating a plurality of vibrations caused by a plurality of vibration sources. A non-contact vibrometer for detecting, a sampling means for sampling a time waveform of the vibration signal within a desired sampling time, and a method for dividing the desired sampling time into a plurality of time segments to oscillate respective vibrations of the plurality of vibration sources. Time-division means for time-dividing the time waveform so as to have the initial value of the signal at the division start position, and each section from the start of division of the time- divided time waveform to the end of the division
A time-division frequency analysis apparatus characterized by comprising a frequency analysis unit including an FFT conversion unit for individually performing FFT conversion and a controller including a vibration characteristic identification unit, an image processing unit and a display unit.
【0018】また、請求項5記載の発明は、前記振動信
号は複数の間欠的インパルス応答信号で構成された振動
源を有する請求項4記載の時分割周波数分析装置におい
て、前記周波数分析手段は、時分割された時間波形毎に
時分割パワースペクトラムを得て平均化処理するFFT
変換部と、その平均値を合成して基本周期全体のパワー
スペクトラムを算出する合計算出部と、より構成した事
を特徴としたものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the time division frequency analyzer according to the fourth aspect , the vibration signal has a vibration source composed of a plurality of intermittent impulse response signals. FFT for obtaining and averaging time-division power spectrum for each time-division time waveform
It is characterized by comprising a conversion unit and a total calculation unit for calculating the power spectrum of the entire basic period by combining the average value thereof.
【0019】また、請求項6記載の発明は、基本周期を
形成する複数の時間区分のそれぞれに内蔵された循環周
期的振動を有する4サイクルエンジンの振動分析装置に
おいて、前記循環周期的振動信号により形成される基本
周期分の時間波形を検出する非接触振動計と、基本周期
分の時間波形をサンプリングするサンプリング手段と、
前記基本周期を複数の時間区分に分割して循環周期的振
動信号の初期値を分割開始位置に持つように時間波形を
時分割する時分割手段と、該時分割された時間波形を分
割開始からその分割の終りまでを各区間として個別にF
FT変換するFFT変換部を含む周波数分析手段と振動
特性同定部、画像処理部及び表示部を備えたコントロー
ラとを備え、前記基本周期は、エンジンの2回転分によ
り構成したことを特徴としたものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a vibration analyzing apparatus for a four-cycle engine having a circulating periodic vibration built in each of a plurality of time segments forming a fundamental period. A non-contact vibrometer for detecting a time waveform for the basic period to be formed, and a sampling means for sampling the time waveform for the basic period,
Min dividing means when dividing at a time waveform so as to have a division start position initial value of the circulating cyclical oscillation signal by dividing the basic period into a plurality of time segments, the said time division time waveform
Each section from the start of the split to the end of the split is individually F
A frequency analysis unit including an FFT conversion unit for performing FT conversion, and a controller including a vibration characteristic identification unit, an image processing unit, and a display unit, wherein the basic period is configured by two rotations of an engine. It is.
【0020】また、前記請求項6記載の前記振動計は、
CCDカメラを内蔵し且つ上下左右にスキャニング可能
の構成とし、前記コントローラにはCCDカメラよりの
映像信号の画像処理及びそれの表示手段を設ける構成と
したことを特徴としたものである。Further, the vibrometer according to claim 6 is characterized in that:
A CCD camera is built-in and can be scanned vertically and horizontally, and the controller is provided with image processing of a video signal from the CCD camera and display means therefor.
【0021】かかる発明によれば従来の一括FFT変換
による周波数分析に代え、時分割FFT変換による周波
数分析を使用するようにしたため、シングルポイントの
周波数分析が可能になり、例えばディーゼルエンジンの
場合では、エンジン構造の固有振動数に対応した本来の
共振ピークが得られる。According to this invention, a single-point frequency analysis becomes possible because a frequency analysis based on a time-division FFT conversion is used instead of the conventional frequency analysis based on a batch FFT conversion. For example, in the case of a diesel engine, An original resonance peak corresponding to the natural frequency of the engine structure is obtained.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を、
図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図1
は本発明の振動分析方法の概要を6気筒4サイクルディ
ーゼルエンジンついて示したもので、図2は本発明の時
分割周波数分析装置のレーザドプッラー振動計の光学系
の概略の構成を示す摸式図で、図3は図2の電気的構成
を示すブロック図で、図4は光信号より変換された電気
信号が速度信号に変換する過程を示すフローチャート
で、図5は本発明の時分割周波数分析装置のコントロー
ラの概略の構成を示すブロック図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described together with the illustrated example. However, unless otherwise specified, the dimensions, shapes, relative positions, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent. FIG.
FIG. 1 shows an outline of a vibration analysis method of the present invention for a six-cylinder four-cycle diesel engine, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of a laser Doppler vibrometer of a time division frequency analyzer of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of FIG. 2, FIG. 4 is a flowchart showing a process of converting an electric signal converted from an optical signal into a speed signal, and FIG. 5 is a time division frequency of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a controller of the analyzer.
【0023】本実施形態の振動分析方法は、複数の振動
源に起因する複数の振動が夫々周期的に異なるタイミン
グで出現することにより構成される振動信号の振動分析
方法において、所望のサンプリング時間を一括FFT周
波数分析する従来の周波数分析方法に、前記振動信号を
構成する複数の振動毎に時分割するための時分割機能を
付加して、時分割された区分毎に計測し、該区分にそれ
ぞれ発生する過渡振動を正確に把握できるようにしたも
ので、図1の(1−A)〜(1−D)は前記循環周期的
間欠信号を6気筒4サイクルディーゼルエンジンの各気
筒の燃焼に伴う過渡振動を、4サイクルエンジンのため
基本周期である2回転分の振動時間における振動信号の
時間波形として取り扱い、所要の周波数分析を行なうよ
うにしたものである。The vibration analysis method of the present embodiment employs a plurality of vibration
Multiple timing-dependent oscillations caused by different sources
Analysis of vibration signal composed by appearing in
In the method, the desired sampling time is
According to the conventional frequency analysis method for wave number analysis,
A time-sharing function for time-sharing each of the multiple vibrations
In addition, measurement is performed for each of the time-divided sections so that the transient vibration generated in each of the sections can be accurately grasped, and (1-A) to (1-D) of FIG. The periodic intermittent signal is treated as a time waveform of a vibration signal in a vibration period of two revolutions, which is a basic cycle for a four-stroke engine, with a transient vibration caused by combustion of each cylinder of a six-cylinder four-cycle diesel engine, and a required frequency analysis is performed. Is performed.
【0024】以下に図に従って周波数分析の手順を説明
する。即ち、図1の(1−A)に示すエンジンの回転に
同期した振動信号の時間データ(時間波形)の2回転分
(全振動データ)を基本周期Tにわたりサンプリング
し、各気筒着火タイミングを区切りとして気筒数分(6
個の時間区分)に時分割し、各時間区分に前記燃焼に伴
い気筒内に発生する過渡振動を収納するようにする。つ
いで、図1の(1−B)に示す夫々の時間区分に収納さ
れた時分割振動データを取り出す。ついで、時分割振動
データ個別にFFT変換を行ない、図1の(1−C)に
示すフ−リエスペクトラムを得る。それを平均化処理を
してそれぞれの時分割パワースペクトラムを得る。つい
で、図1の(1−D)に示すように、上記フ−リエスペ
クトラムの実数部を横軸に虚数部を縦軸に持つナイキス
ト線図を画くともに、前記平均値を合計して全体のパワ
ースペクトラムを得る。上記のようにして時分割方式を
取り入れることにより、各インパルス応答を個別に分析
し、適切に振動モードパターンを把握でき、エンジン振
動を効率的に解析できる。The procedure of frequency analysis will be described below with reference to the drawings. That is, two rotations (total vibration data) of the time data (time waveform) of the vibration signal synchronized with the rotation of the engine shown in (1-A) of FIG. 1 are sampled over the basic cycle T, and each cylinder ignition timing is separated. As many as the number of cylinders (6
(Time segments), and transient vibrations generated in the cylinders due to the combustion are stored in each time segment. Next, the time-division vibration data stored in each time section shown in (1-B) of FIG. 1 is extracted. Next, FFT transform is performed for each piece of time-division vibration data to obtain a Fourier spectrum shown in FIG. It is averaged to obtain each time-division power spectrum. Then, as shown in (1-D) of FIG. 1, a Nyquist diagram having the real part of the Fourier spectrum on the abscissa and the imaginary part on the ordinate is drawn, and the average values are summed to obtain the overall value. Get the power spectrum. By adopting the time division method as described above, each impulse response can be individually analyzed, the vibration mode pattern can be properly grasped, and the engine vibration can be efficiently analyzed.
【0025】また、前記時分割手段により、特定時間区
分に収納された振動信号の時間波形上の任意の振動成分
だけを取出し、これをFFT変換して周波数分析をし特
定時間帯の振動モードを得ることができる。なお、この
時分割方式による周波数分析方法は、前述の振動だけで
なく騒音データの分析にも有効である。Also, the time division means extracts only an arbitrary vibration component on the time waveform of the vibration signal stored in the specific time section, performs an FFT transform on this, and analyzes the frequency to determine the vibration mode in the specific time zone. Obtainable. The frequency analysis method based on the time division method is effective not only for the above-mentioned vibration but also for the analysis of noise data.
【0026】本発明の時分割周波数分析装置は、レーザ
ユニットとコントローラユニットとよりなり、レーザユ
ニットはCCDカメラとレーザドップラ振動計とよりな
り、スキヤニング機能を持つ構成である。上記レーザド
ップラ振動計により、レーザ光を振動している測定対象
物に照射し、反射光のドップラ効果による周波数変化を
計測して対象物の振動速度を算出する。前記算出による
表面振動を直接計測し、内蔵CCDカメラにより測定面
上の振動分布の映像信号を得るようにしてある。また、
スキャニング機能により、被測定物の振動面にわたりレ
ーザ光の照射を上下左右にスキャニングさせ、振動面の
全域ないし所要箇所の振動状態を計測できるようにして
ある。The time-division frequency analyzer of the present invention comprises a laser unit and a controller unit, and the laser unit comprises a CCD camera and a laser Doppler vibrometer and has a scanning function. The above-mentioned laser Doppler vibrometer irradiates a vibrating object to be measured with laser light, measures a frequency change of the reflected light due to the Doppler effect, and calculates a vibration speed of the object. The calculated surface vibration is directly measured, and a built-in CCD camera is used to obtain a video signal of the vibration distribution on the measurement surface. Also,
By the scanning function, the irradiation of the laser beam is scanned up, down, left and right over the vibration surface of the object to be measured, so that the vibration state of the entire vibration surface or a required portion can be measured.
【0027】図2の摸式図には上記レーザドップラ−振
動計の光学系の概略の構成を示してある。レーザ発振器
10aより照射されたHe−Neレーザ光10はビーム
スプリッタ(以下BSという)BS1で参照光11と物
体光12に分けられる。物体光12は実線矢印に示すよ
うにBS2を通過し、レンズLで振動している測定対象
物13上に集光する。 上記測定対象物13に照射した
物体光12は、ドップラ効果により物体の振動速度に比
例して周波数が変化した反射散乱光14となり、点線矢
印に添い同じ光路を戻りBS2で反射されBS3に達す
る。一方、参照光11には物体の振動方向の区別を可能
にするために音響光学式変調器15で一定の周波数シフ
トした2重1点鎖線矢印に示す参照変調光16となる。
前記反射散乱光14(点線矢印)と参照変調光16(2
重1点鎖線矢印)は、それぞれフォトダイオードD1、
D2で電気信号に変換され、さらに差動プリアンプ21
で合成されて信号処理ユニット25aを経由速度信号な
いし振幅信号として出力される。FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of the laser Doppler vibrometer. The He-Ne laser beam 10 emitted from the laser oscillator 10a is divided into a reference beam 11 and an object beam 12 by a beam splitter (hereinafter referred to as BS) BS1. The object light 12 passes through the BS 2 as shown by a solid line arrow, and is condensed on the measurement object 13 vibrating by the lens L. The object light 12 irradiating the measurement object 13 becomes reflected scattered light 14 whose frequency has changed in proportion to the vibration speed of the object due to the Doppler effect, returns along the same optical path along the dotted arrow, is reflected by BS2, and reaches BS3. On the other hand, the reference light 11 is a reference modulated light 16 indicated by a double-dot chain line arrow that is shifted by a certain frequency by the acousto-optic modulator 15 in order to enable the vibration direction of the object to be distinguished.
The reflected scattered light 14 (dotted arrow) and the reference modulated light 16 (2
Double-dashed arrows) indicate photodiodes D1,
D2, the signal is converted into an electric signal.
And output as a speed signal or amplitude signal via the signal processing unit 25a.
【0028】図3には、図2に示すレーザドップラ−振
動計の電気的構成を示すブロック図が示されているが、
同図に見るように、アンプ22と干渉計23と光電変換
部24とよりなる干渉計ユニット25aと、プリアンプ
トラッキングフィルタ26と信号レベル設定部27とR
F信号発振器28とFM復調器29aとPM復調器29
bとよりなる信号処理ユニット25bとより構成し、速
度信号ないし振幅信号を出力するようにしてある。FIG. 3 is a block diagram showing the electrical configuration of the laser Doppler vibrometer shown in FIG.
As shown in the figure, an interferometer unit 25a including an amplifier 22, an interferometer 23, and a photoelectric converter 24, a preamplifier tracking filter 26, a signal level setting unit 27, and an R
F signal oscillator 28, FM demodulator 29a, PM demodulator 29
b, and outputs a speed signal or an amplitude signal.
【0029】なお、図4には、前記光電変換部24より
出力した電気信号が速度信号に変換するブロック図が示
してある。同図において前記電気信号をアンプ61によ
り増幅した後、バンドパスフィルタ62により特定周波
数成分のみを通過させ、アンプ63により増幅してトラ
ッキングフィルタ64に入力させる。トラッキングフィ
ルタ64は、位相検波器641により基準信号と同一周
波数成分を取りだした後、ループフィルタ642を介し
て電圧周波数変換器643を経て特定周波数信号を主発
振器67及び副発振器68の信号とともに、FM復調器
65に送り、ローパスフィルタ66を介して速度信号と
して出力させる。FIG. 4 is a block diagram in which an electric signal output from the photoelectric conversion unit 24 is converted into a speed signal. In the figure, after the electric signal is amplified by an amplifier 61, only a specific frequency component is passed by a band-pass filter 62, amplified by an amplifier 63 and input to a tracking filter 64. The tracking filter 64 extracts the same frequency component as the reference signal by the phase detector 641, passes the specific frequency signal through the voltage-frequency converter 643 via the loop filter 642, and outputs the specific frequency signal together with the signals of the main oscillator 67 and the sub-oscillator 68. The signal is sent to a demodulator 65 and output as a speed signal via a low-pass filter 66.
【0030】なお、レーザユニットはCCDカメラとレ
ーザドップラ振動計とよりなりスキヤニング機能を持つ
構成であるため、図3及び図4に示す制御部により振動
表面上の所要の周波数帯を随意正確に選定計測、言換え
れば速度信号として出力させる事ができる。また、スキ
ャン計測によりエンジンの各気筒燃焼時のエンジン表面
振動モードが個々に分析でき、またエンジン表面振動
(騒音)への各気筒の寄与率が求めることができる。Since the laser unit is composed of a CCD camera and a laser Doppler vibrometer and has a scanning function, the required frequency band on the vibration surface can be arbitrarily and accurately selected by the control unit shown in FIGS. It can be measured, in other words, output as a speed signal. Further, the engine surface vibration mode during combustion of each cylinder of the engine can be individually analyzed by scan measurement, and the contribution ratio of each cylinder to engine surface vibration (noise) can be obtained.
【0031】前記コントローラユニットは、図5のブロ
ック図に示すように、振動計より入力する速度信号電圧
をA/D変換するA/D変換部30と、A/D変換され
た時間波形を基本周期TにわたりCLK31aを介して
気筒の燃焼時に同期化させてサンプリングするサンプリ
ング手段31と、サンプリングした時間波形を各気筒の
燃焼時間に合わせてセレクタ32aにより時分割してそ
れぞれ収納部33a〜33f(この場合は6気筒)に分
割収納する時分割手段32と、分割収納された時間波形
をパワースペクトラムの形で時分割FFT変換して平均
化処理する時分割FFT変換部34a〜34fと、平均
値を合成して全体のパワースペクトラムを算出する合計
算出部35aとよりなる周波数分析手段35と、上記結
果より所要の振動特性を同定する振動特性の同定部と3
6と、画像処理部37と表示部38と、よりなる。な
お、画像処理部37はCCDカメラよりの映像信号に対
しても所要の画像処理をするようにしてある。また、前
記CLK31aを介してスキャニング機構39を気筒の
燃焼時期に同期化させる構成にしてある。なお、上記ブ
ロック図は6気筒4サイクルエンジンの場合について記
載したものである。As shown in the block diagram of FIG. 5, the controller unit includes an A / D converter 30 for A / D converting a speed signal voltage input from a vibrometer, and a time waveform obtained by A / D conversion. A sampling means 31 for synchronizing and sampling the combustion of a cylinder via a CLK 31a over a period T, and a sampling time waveform is time-divided by a selector 32a in accordance with the combustion time of each cylinder by a selector 32a. Time division means 32 for dividing and storing the divided time waveforms in six cylinders, time division FFT conversion sections 34a to 34f for performing time division FFT conversion on the divided and stored time waveforms in the form of a power spectrum and averaging the time waveforms. A frequency analyzing means 35 comprising a sum calculating section 35a for calculating the entire power spectrum by combining, Identification of the vibration characteristics to identify sex and 3
6, an image processing unit 37 and a display unit 38. The image processing section 37 performs required image processing on the video signal from the CCD camera. The scanning mechanism 39 is synchronized with the combustion timing of the cylinder via the CLK 31a. The above block diagram describes a case of a 6-cylinder 4-cycle engine.
【0032】次に、本発明の時分割周波数分析装置の計
測開始までの動作と、計測終了後の計測結果の表示の動
作とを図6に示す計測設定のフローチャートと図7に示
す計測結果表示のフローチャートにより説明する。計測
開始に先立って計測諸要素の設定をする。ステップ40
で解析周波数範囲とFFTのライン数の設定をし、ステ
ップ41でトリガソース及びトリガレベルの設定と確認
をし、ついで、ステップ42でフレーム数やフレームの
間隔及びシリンダのパルス数の設定をして、計測開始迄
の動作を終了する。Next, the operation of the time-division frequency analyzer of the present invention up to the start of measurement and the operation of displaying the measurement result after the end of the measurement will be described with reference to the flowchart of the measurement setting shown in FIG. 6 and the measurement result display shown in FIG. This will be described with reference to the flowchart of FIG. Before starting the measurement, various measurement elements are set. Step 40
The analysis frequency range and the number of FFT lines are set in step 41, the trigger source and trigger level are set and confirmed in step 41, and then the number of frames, the frame interval and the number of cylinder pulses are set in step 42. The operation up to the start of measurement ends.
【0033】計測結果の表示は図7に示すように、ステ
ップ51でポイント表示かパターン表示かを選択する。
ついで、ステップ52a〜52cでポイント表示をし、
ステップ53a〜53cでパターン表示をする。As shown in FIG. 7, in the display of the measurement result, in step 51, a point display or a pattern display is selected.
Next, points are displayed in steps 52a to 52c,
At steps 53a to 53c, a pattern is displayed.
【0034】[0034]
【実施例】図8には、4サイクル4気筒のディーゼルエ
ンジンをエンジン回転数2400rpm、50%負荷で
運転中のエンジンギヤケース上の1点で計測した振動速
度の時間波形を基本周期Tにわたり示してある。データ
長はエンジン2回転分(基本周期)であり、各気筒の燃
焼衝撃力、ピストンスラップ力などにより励振された4
個の過渡応答を生じている。FIG. 8 shows a time waveform of a vibration speed measured at one point on an engine gear case of a four-cycle four-cylinder diesel engine operating at an engine speed of 2400 rpm and a load of 50% over a basic cycle T. is there. The data length is equivalent to two revolutions of the engine (basic cycle), and is excited by the combustion impact force and piston slap force of each cylinder.
Transient responses.
【0035】なお、図17には運転中の同エンジンと対
面させて50cmの距離で計測した騒音の1/3オクタ
ーブ分析結果を示してあるが、オリジナルは2kHzの
発音ピークが騒音レベル(オーバーオール値)に対して
支配的である。ここで、エンジン前面席の大半を閉める
ギヤケース(アルミ製)全体を遮音材で遮音することに
より、騒音レベルは3.3dB低減(発音寄与率53
%)し、2kHz以上の高周波域で大巾に騒音が低下し
た。つまり2kHzの発音を押さえた結果を示している
わけで、このことは、下記に示す本発明の時分割により
より得られた分析結果と一致するものである。即ち、こ
の時間波形を従来の一括FFTによる周波数分析をする
と図9の(9−A)に示すような判読のしにくいスペク
トラム形状になる。これを本発明の時分割によりエンジ
ン2回転分の振動の時間波形を4個のフレームに等分割
し、それぞれにフレームについてFFT周波数分析をす
ると、図10の(10−A)〜(10−D)に示すよう
な4個の過渡応答が滑らかな本来のスペクトラム形状と
して得られる。なお、図9の(9−B)は4個の前記フ
レームを合計して得られた全体のパワースペクトラムで
あり、1.8〜2kHzの共振ピークが支配的であるこ
とが理解される。FIG. 17 shows the result of a 1/3 octave analysis of noise measured at a distance of 50 cm while facing the same engine in operation. In the original, the sounding peak at 2 kHz is the noise level (overall value). Dominant). Here, the entire gear case (made of aluminum) that closes most of the front seats of the engine is sound-insulated with a sound-insulating material, so that the noise level is reduced by 3.3 dB (contribution ratio 53).
%), And the noise was significantly reduced in a high frequency range of 2 kHz or more. That is, the result of suppressing the sound of 2 kHz is shown, which is consistent with the analysis result obtained by the time division of the present invention described below. That is, when this time waveform is subjected to frequency analysis by a conventional batch FFT, a spectrum shape as shown in (9-A) of FIG. When this is time-divided according to the present invention, the time waveform of the vibration for two revolutions of the engine is equally divided into four frames, and the FFT frequency analysis is performed on each frame. As a result, (10-A) to (10-D) in FIG. 4) are obtained as a smooth original spectrum shape. Note that (9-B) in FIG. 9 is the entire power spectrum obtained by summing the four frames, and it is understood that the resonance peak at 1.8 to 2 kHz is dominant.
【0036】前記ギヤケースの振動モードを求めるた
め、本発明の時分割周波数分析装置のスキャニング機能
を駆使してスキャニング計測を行なった結果を図11、
図12に示す。着目した周波数は1.8〜2kHzの共
振ピークである。計測点はギヤケース上に格子状に57
0点設定した。計測に要した時間は約40分で従来の加
速度センサによる数日を要した計測に比較し格段の効率
化を図ることができた。FIG. 11 shows the result of scanning measurement using the scanning function of the time-division frequency analyzer of the present invention to determine the vibration mode of the gear case.
As shown in FIG. The frequency of interest is a resonance peak of 1.8 to 2 kHz. Measurement points are arranged in a grid on the gear case.
0 points were set. The time required for the measurement was about 40 minutes, which was much more efficient than the measurement that required several days with a conventional acceleration sensor.
【0037】図11の(11−A)〜(11−D)はエ
ンジン2回転分の振動の時間波形を4個のフレームに等
分割して得られた各フレームの振動モードであり、振動
速度振幅の絶対値をワイヤフレームモデルで表示したも
のである。各フレームは各気筒燃焼時(着火順序1ー3
ー4ー2気筒)の過渡応答に対応している。(11-A) to (11-D) of FIG. 11 show the vibration modes of each frame obtained by equally dividing the time waveform of the vibration for two revolutions of the engine into four frames, and show the vibration speed. The absolute value of the amplitude is displayed in a wire frame model. Each flame is fired in each cylinder (ignition order 1-3)
-4-2 cylinders).
【0038】図12には対象物(ギヤケース)のビデオ
画像上に振動モードを等高線表示をしたもので、ギヤケ
ース下部の等高線が密な部分で振幅が大きいこと表して
いる。これらはコンピュータCRT上で位相を変化させ
てカラー動画表示もでき、振動モードを視覚でイメージ
認識を可能にしてある。FIG. 12 shows contour lines of vibration modes on a video image of an object (gear case). The contour lines at the lower portion of the gear case indicate that the amplitude is large in a dense portion. These can also display a color moving image by changing the phase on a computer CRT, and make it possible to visually recognize the image of the vibration mode.
【0039】上記結果により、ギヤケース下端フランジ
部とクランクシャフトのオイルシール部との間に大きな
モードがあり支配的であること、またこのモードは第
1、2気筒の燃焼時(第1、第4フレーム)に振幅が大
きく寄与率が高いことが理解される。From the above results, there is a large mode between the lower end flange portion of the gear case and the oil seal portion of the crankshaft, which is dominant. In addition, this mode is used when the first and second cylinders burn (first and fourth cylinders). It is understood that the amplitude is large and the contribution rate is high.
【0040】[0040]
【発明の効果】上記構成により、振動源の振動特性を把
握でき、且つ現象をよく理解することができ、所要のモ
デル化を図ることができる。特にディーゼルエンジンの
如く、基本周期に複数の周期的間欠振動が含まれて構成
される場合は、本発明の時分割FFT周波数分析方法に
より、各気筒毎の燃焼により発生する各インパルス応答
を個別に正確に分析することができ、所要の固有振同
数、モード減衰比、固有モードに代表されるモード特性
を同定することができる。また、スキャニング機能と非
接触レーザ計の併用により、運転中のエンジンの表面振
動モードを短時間且つ正確に計測可能となり、騒音低減
ないし、最適設計に顕著な効果を持つ。According to the above configuration, the vibration characteristics of the vibration source can be grasped, the phenomenon can be well understood, and the required modeling can be achieved. In particular, when a basic cycle includes a plurality of periodic intermittent vibrations, such as a diesel engine, each impulse response generated by combustion in each cylinder is individually determined by the time-division FFT frequency analysis method of the present invention. The analysis can be performed accurately, and the required eigen-number, the mode damping ratio, and the mode characteristic represented by the eigen mode can be identified. Further, by using the scanning function and the non-contact laser meter together, the surface vibration mode of the running engine can be measured in a short time and accurately, which has a remarkable effect on noise reduction or optimal design.
【図1】本発明の振動分析方法の概要を6気筒4サイク
ルディーゼルエンジンついて示したもので、(1−A)
は全振動データを示す図、(1−B)は時分割振動デー
タを示す図、(1−C)は時分割周波数スペクトラムを
示す図、(1−D)は時分割ナイキスト線図を示す図で
ある。FIG. 1 shows an outline of a vibration analysis method according to the present invention for a six-cylinder four-cycle diesel engine.
Is a diagram showing total vibration data, (1-B) is a diagram showing time-division vibration data, (1-C) is a diagram showing a time-division frequency spectrum, and (1-D) is a diagram showing a time-division Nyquist diagram. It is.
【図2】本発明の時分割周波数分析装置のレーザドラッ
プ振動計の光学系の概略の構成を示す摸式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system of a laser drip vibrometer of the time division frequency analyzer according to the present invention.
【図3】図3は図2の電気的構成を示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of FIG. 2;
【図4】図4は光信号より変換された電気信号が速度信
号に変換する過程を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a process of converting an electric signal converted from an optical signal into a speed signal.
【図5】本発明の時分割周波数分析装置のコントローラ
の概略の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a controller of the time-division frequency analysis device of the present invention.
【図6】本発明の時分割周波数分析装置の計測設定のフ
ローチャートである。FIG. 6 is a flowchart of measurement setting of the time-division frequency analysis device of the present invention.
【図7】本発明の時分割周波数分析装置の計測結果表示
のフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart of a measurement result display of the time-division frequency analysis device of the present invention.
【図8】4サイクル4気筒のディーゼルエンジンをエン
ジン回転数2400rpm、50%負荷で運転中のエン
ジンギヤケース上の1点で計測した振動速度の時間波形
を示したものである。FIG. 8 shows a time waveform of a vibration speed measured at one point on an engine gear case when a 4-cycle 4-cylinder diesel engine is operating at an engine speed of 2400 rpm and a 50% load.
【図9】図8の時間波形を周波数分析により得られた結
果を示したもので、(9−A)は従来の一括FFT周波
数分析により得られた周波数応答関数を示す図、(9−
B)は本発明の時分割FFT周波数分析により得られた
周波数応答関数を示す図である。9 shows a result obtained by frequency analysis of the time waveform of FIG. 8, where (9-A) is a diagram showing a frequency response function obtained by conventional batch FFT frequency analysis, and (9-A).
4B is a diagram illustrating a frequency response function obtained by the time-division FFT frequency analysis of the present invention.
【図10】図8の時間波形を各フレーム毎に本発明の時
分割周波数分析により得られた周波数応答関数を示すも
ので、(10−A)は第1フレームの周波数応答関数を
示す図、(10−B)は第2フレームの周波数応答関数
を示す図、(10−C)は第3フレームの周波数応答関
数を示す図、(10−D)は第4フレームの周波数応答
関数を示す図である。10 shows a frequency response function obtained by performing the time-division frequency analysis of the present invention on the time waveform of FIG. 8 for each frame, where (10-A) shows a frequency response function of the first frame; (10-B) shows a frequency response function of the second frame, (10-C) shows a frequency response function of the third frame, and (10-D) shows a frequency response function of the fourth frame. It is.
【図11】図10の各フレームの振動モードを示すもの
で、(11−A)は第1フレームの振動モードを示す
図、(11−B)は第2フレームの振動モードを示す
図、(11−C)は第3フレームの振動モードを示す
図、(11−D)は第4フレームの振動モードを示す図
である。11 shows the vibration mode of each frame in FIG. 10, (11-A) shows the vibration mode of the first frame, (11-B) shows the vibration mode of the second frame, 11-C) is a diagram showing a vibration mode of the third frame, and (11-D) is a diagram showing a vibration mode of the fourth frame.
【図12】ビデオ画像上に表示された図4のギヤケース
上に形成された振動モードの等高線を示す画像図であ
る。FIG. 12 is an image diagram showing vibration mode contours formed on the gear case of FIG. 4 displayed on a video image.
【図13】従来のレーザドラップ振動計システムの概要
を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an outline of a conventional laser drap vibrometer system.
【図14】4サイクルのディーゼルエンジンの振動分析
につき従来の一括FFT分析の結果を示したもので、
(14−A)は4個の多自由度系のインパルス応答を示
す基本周期(エンジン2回転分)の時間波形を示す図、
(14−B)は図(10−A)の時間波形を前記一括F
FT分析して得られた線スペクトラム(周波数応答関
数)を示す図である。FIG. 14 shows the results of a conventional batch FFT analysis on the vibration analysis of a 4-cycle diesel engine.
(14-A) is a diagram showing a time waveform of a basic cycle (for two engine revolutions) showing impulse responses of four multi-degree-of-freedom systems;
(14-B) shows the time waveform of FIG.
It is a figure showing the line spectrum (frequency response function) obtained by FT analysis.
【図15】一個のインパルスに対する本来得られるべき
周波数スペクトラム関数を示したもので、(15−A)
は式(1)に示すインパルス応答x(t)を示す時間波
形図、(15−B)は上記周波数スペクトラム関数X
(ω)を示す図である。FIG. 15 shows a frequency spectrum function to be originally obtained for one impulse, which is (15-A).
Is a time waveform chart showing the impulse response x (t) shown in the equation (1), and (15-B) is the above-mentioned frequency spectrum function X
It is a figure showing (ω).
【図16】基本周期内に4個のインパルス応答列を一括
周波数分析する場合の時間波形及び周波数応答関数を示
す摸式図で、(16−A)は時間波形図、(16−B)
は周波数スペクトラム関数を示す図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing a time waveform and a frequency response function when four impulse response trains are collectively frequency-analyzed in a basic period, where (16-A) is a time waveform diagram and (16-B)
FIG. 3 is a diagram showing a frequency spectrum function.
【図17】図4のエンジンについてのエンジン前騒音1
/3オクターブ分析結果を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a noise 1 before the engine shown in FIG. 4;
It is a figure which shows a / 3 octave analysis result.
10 HeーNeレーザ光 10a レーザ発振器 11 参照光 12 物体光 13 測定対象物 14 反射散乱光 15 音響光学式変調器 16 参照変調光 21 差動プリアンプ 24 光電変換部 25a 干渉計ユニット 25b 信号処理ユニット 26 プリアンプトラッキングフィルタ 29a FM復調器 30 A/D変換部 31 サンプリング手段 32 時分割手段 35 周波数分析手段 36 振動特性同定部 37 画像処理部 38 表示部 39 スキャニング機構 Reference Signs List 10 He-Ne laser light 10a Laser oscillator 11 Reference light 12 Object light 13 Measurement object 14 Reflected scattered light 15 Acousto-optic modulator 16 Reference modulation light 21 Differential preamplifier 24 Photoelectric conversion unit 25a Interferometer unit 25b Signal processing unit 26 Preamplifier tracking filter 29a FM demodulator 30 A / D conversion unit 31 Sampling unit 32 Time division unit 35 Frequency analysis unit 36 Vibration characteristic identification unit 37 Image processing unit 38 Display unit 39 Scanning mechanism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セルバッハ ヘルムート 東京都立川市曙町2丁目38番5号 ピー アイ・ポリテック株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−77642(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 15/00 F02B 77/08 G01H 17/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Selbach Helmut 2-38-5 Akebonocho, Tachikawa-shi, Tokyo Inside P.I.Polytech Co., Ltd. (56) References JP-A-5-77642 (JP, A) (58) ) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01M 15/00 F02B 77/08 G01H 17/00
Claims (6)
々周期的に異なるタイミングで出現することにより構成
される振動信号の振動分析方法において、所望のサンプ
リング時間内における前記振動信号を前記複数の振動毎
に時分割し、該時分割された振動信号の夫々の時間波形
を分割開始からその分割の終りまでを各区間として個別
にFFT変換したのち、該夫々のFFT変換結果を合計
して前記所望のサンプリング時間内の周波数分析を可能
にするとともに、 前記振動信号は、複数の間欠的インパルス応答信号で構
成され、時分割した間欠的インパルス応答信号を個別に
FFT変換して時分割パワースペクトラムを得るように
した事を特徴とする振動分析方法。1. A vibration analysis method for a vibration signal, wherein a plurality of vibrations caused by a plurality of vibration sources periodically appear at different timings, wherein the plurality of vibration signals are generated within a desired sampling time. Time-divided for each vibration, and the respective time waveforms of the time-divided vibration signal
After performing FFT transformation individually from the start of division to the end of the division as each section, the respective FFT transformation results are summed to enable frequency analysis within the desired sampling time, and the vibration signal is A vibration analysis method comprising a plurality of intermittent impulse response signals, wherein the time-divided intermittent impulse response signals are individually subjected to FFT to obtain a time-division power spectrum.
れぞれに内蔵された循環周期的振動により、前記基本周
期分の時間波形を形成する振動信号の振動分析方法にお
いて、 前記基本周期を前記複数の時間区分毎に時分割し、該時
分割された夫々の時間波形を分割開始からその分割の終
りまでを各区間として個別にFFT変換したのち、それ
を合計してサイクル全体の周波数分析を行ない、 前記循環周期的振動信号は、ディーゼルエンジンの着火
により発生する間欠的インパルス信号で構成され、前記
時間区分の区切りは、ディーゼルエンジンの各気筒の着
火タイミングを区切りとして前記時間区分に順次1個ず
つ発生するようにした振動分析方法。2. A vibration analysis method for a vibration signal for forming a time waveform of the basic period by circulating periodic vibrations built in each of a plurality of time sections forming a basic period, , And time-divides each time-divided time waveform from the start of division to the end of the division.
After performing FFT transform individually for each section , the sum is added to perform frequency analysis of the entire cycle, and the circulating periodic vibration signal is constituted by an intermittent impulse signal generated by ignition of a diesel engine. A vibration analysis method in which a time segment is divided one by one in the time segment with the ignition timing of each cylinder of the diesel engine as a segment.
れぞれに内蔵された循環周期的振動により、前記基本周
期分の時間波形を形成する振動信号の振動分析方法にお
いて、 前記基本周期を前記複数の時間区分毎に時分割し、該時
分割された夫々の時間波形を分割開始からその分割の終
りまでを各区間として個別にFFT変換したのち、それ
を合計してサイクル全体の周波数分析を行ない、 さらに、レーザ光により振動点を順次スキャン計測しな
がら、計測情報の高密度化を図ったことを特徴とする振
動分析方法。3. A vibration analysis method for a vibration signal forming a time waveform of the basic period by circulating periodic vibrations built in each of a plurality of time segments forming a basic period. , And time-divides each time-divided time waveform from the start of division to the end of the division.
After performing FFT conversion individually for each section , the sum is added to perform frequency analysis of the entire cycle. Furthermore, the scanning points of the vibration points are sequentially scanned and measured with laser light, and the density of the measurement information is increased. A vibration analysis method characterized by the above-mentioned.
々周期的に出現することにより構成される振動信号の振
動分析装置において、 前記振動信号の時間波形を検出する非接触振動計と、 所望のサンプリング時間内における前記振動信号の時間
波形をサンプリングするサンプリング手段と、 前記所望のサンプリング時間を複数の時間区分に分割し
て前記複数の振動源の夫々の振動信号の初期値を分割開
始位置に持つように時間波形を時分割する時分割手段
と、 該時分割された時間波形を分割開始からその分割の終り
までを各区間として個別にFFT変換するFFT変換部
を含む周波数分析手段と 振動特性同定部、画像処理部及び表示部を備えたコント
ローラと、 より構成したことを特徴とした時分割周波数分析装置。4. A vibration analysis apparatus for a vibration signal, wherein a plurality of vibrations caused by a plurality of vibration sources appear periodically, respectively, wherein: a non-contact vibrometer for detecting a time waveform of the vibration signal; Sampling means for sampling a time waveform of the vibration signal within a desired sampling time; dividing the desired sampling time into a plurality of time segments to divide an initial value of each vibration signal of the plurality of vibration sources into a division start position dividing means and, the end of the division from the division start the said time division time waveform when so split at a time waveform having a
A frequency analysis unit including an FFT conversion unit for performing FFT conversion individually for each section up to each section, and a controller including a vibration characteristic identification unit, an image processing unit, and a display unit.
応答信号で構成された振動源を有する請求項4記載の時
分割周波数分析装置において、 前記周波数分析手段は、時分割された時間波形毎に時分
割パワースペクトラムを得て平均化処理するFFT変換
部と、 その平均値を合成して基本周期全体のパワースペクトラ
ムを算出する合計算出部と、 より構成した事を特徴とする時分割周波数分析装置。5. The time-division frequency analysis device according to claim 4, wherein the vibration signal has a vibration source composed of a plurality of intermittent impulse response signals. A time-division frequency analysis apparatus characterized by comprising: an FFT conversion section that obtains a time-division power spectrum and performs an averaging process; and a sum calculation section that combines the average value and calculates a power spectrum of the entire basic period. .
れぞれに内蔵された循環周期的振動を有する4サイクル
エンジンの振動分析装置において、 前記循環周期的振動信号により形成される基本周期分の
時間波形を検出する非接触振動計と、 基本周期分の時間波形をサンプリングするサンプリング
手段と、 前記基本周期を複数の時間区分に分割して循環周期的振
動信号の初期値を分割開始位置に持つように時間波形を
時分割する時分割手段と、 該時分割された時間波形を分割開始からその分割の終り
までを各区間として個別にFFT変換するFFT変換部
を含む周波数分析手段と 振動特性同定部、画像処理部及び表示部を備えたコント
ローラとを備え、 前記基本周期は、エンジンの2回転分により構成したこ
とを特徴とする時分割周波数分析装置。6. A vibration analyzing apparatus for a four-cycle engine having a circulating periodic vibration built in each of a plurality of time sections forming a basic cycle, wherein a time corresponding to the basic cycle formed by the circulating periodic vibration signal is provided. A non-contact vibrometer for detecting a waveform, sampling means for sampling a time waveform for a basic cycle, and dividing the basic cycle into a plurality of time segments to have an initial value of a circulating periodic vibration signal at a division start position. Time-dividing means for time-dividing a time waveform into the time-divided time waveform ;
And a controller provided with a vibration characteristic identification unit, an image processing unit, and a display unit. The basic cycle is configured by two revolutions of the engine. A time-division frequency analysis device characterized in that:
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|---|---|---|---|
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| JPH09236515A JPH09236515A (en) | 1997-09-09 |
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