JP3202584B2 - 振動分析方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００５】

【数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。

【０００６】

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１２】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】図３は図２の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   した事を特徴とする振動分析方法。
2. 【請求項２】 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振動分析方法。
3. 【請求項３】 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振
   動分析方法。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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する時分割周波数分析装置。
6. 【請求項６】 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。