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JP2968537B2 - Phase analysis method - Google Patents

Phase analysis method

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Publication number
JP2968537B2
JP2968537B2 JP7355489A JP7355489A JP2968537B2 JP 2968537 B2 JP2968537 B2 JP 2968537B2 JP 7355489 A JP7355489 A JP 7355489A JP 7355489 A JP7355489 A JP 7355489A JP 2968537 B2 JP2968537 B2 JP 2968537B2
Authority
JP
Japan
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phase
discrete
phase change
spectrum
frequency component
Prior art date
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Application number
JP7355489A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH02251771A (en
Inventor
智 中嶋
利夫 豊田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Publication of JPH02251771A publication Critical patent/JPH02251771A/en
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば振動の同期性解析などにおいて、周
期的な変動と非周期的な変動のいずれかあるいはこれら
が混在する関数における、任意の周波数成分の位相を解
析する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、振動波形など関数の周波数成分の位相変化の解
析は、例えばフェイズロックループ(phase lock loop;
PLL)などを利用したアナログ信号処理によって行って
いた{例えば特許登録番号1362995号(特公昭61−31412
号公報)}。 この方法においては、例えば回転機械の回転検出信号
などを基準として、その回転検出信号の周波数に比例す
る、解析対象の回転機械から発生する振動波形の特定周
波数成分の位相変化をアナログ信号処理法によって演算
し、その結果を表示している。 〔解決しようとする課題〕 しかし上記の従来の方法においては、解析における周
波数の分解能が実用的には5Hz程度と悪く、アナログ
(連続)データであるため、データ管理などの2次処理
を行う場合にも利用性が低いという問題があった。 本発明の課題は、振動波形など関数における任意の周
波数成分の位相変化を高い精度で解析する方法を提供す
ることである。
[Industrial application field] The present invention analyzes the phase of an arbitrary frequency component in one of periodic fluctuations and aperiodic fluctuations or a function in which these are mixed in, for example, vibration synchronization analysis. It is about the method. [Prior Art] Conventionally, analysis of a phase change of a frequency component of a function such as a vibration waveform is performed by, for example, a phase lock loop (phase lock loop;
PLL) and other analog signal processing. For example, Patent Registration No. 1362995 (Japanese Patent Publication No. 61-31412)
No.)}. In this method, for example, a phase change of a specific frequency component of a vibration waveform generated from a rotating machine to be analyzed, which is proportional to a frequency of the rotation detection signal, based on a rotation detection signal of the rotating machine, is determined by an analog signal processing method. The calculation is performed and the result is displayed. [Problem to be Solved] However, in the above-mentioned conventional method, the frequency resolution in analysis is practically low, about 5 Hz, and is analog (continuous) data. Also had the problem that the usability was low. An object of the present invention is to provide a method for analyzing a phase change of an arbitrary frequency component in a function such as a vibration waveform with high accuracy.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

前記課題は、 (1)関数に含まれる任意の周波数成分の位相変化量
を、一定の時間間隔で複数回の同一データ長の離散フー
リエ変換を行うことによって得られる離散スペクトルの
位相値を用いて求める位相解析方法において、 位相変化算出の基準となる時間間隔を任意に決定し、
該位相変化算出の基準となる時間間隔に相当する周波数
が、分周あるいは逓倍して前記離散フーリエ変換に用い
る周期信号の周波数の定数倍でかつ該定数が前記離散ス
ペクトルの次数分解能の整数倍である場合に、前記周期
信号の周波数と前記任意の周波数成分とから、該任意の
周波数成分のスペクトル次数と対象とする離散スペクト
ルを決定し、該決定した離散スペクトルに対して、今回
得られた離散スペクトルの位相値と前回得られた離散ス
ペクトルの位相値の差として位相変化量を求め、更にス
ペクトル次数と前記定数との比の小数部に相当する位相
量を減じて補正し、前記任意の周波数成分の位相変化量
を算出することを特徴とする位相解析方法。 (2)関数に含まれる任意の周波数成分の位相変化量
を、一定の時間間隔で複数回の同一データ長の離散フー
リエ変換を行うことによって得られる離散スペクトルの
位相値を用いて求める位相解析方法において、 位相変化算出の基準となる時間間隔を任意に決定し、
該位相変化算出の基準となる時間間隔に相当する周波数
が、分周あるいは逓倍して前記離散フーリエ変換に用い
る周期信号の周波数の定数倍でかつ該定数が前記離散ス
ペクトルの次数分解能の整数倍でない場合に、前記周期
信号の周波数と前記任意の周波数成分とから、該任意の
周波数成分のスペクトル次数を決定するとともに、前記
任意の周波数成分が離散スペクトルでは表現できない隣
り合う2本の離散スペクトルの間に存在する場合に、前
記2本の離散スペクトルのうちの前記任意の周波数成分
に近い1本の離散スペクトルを対象の離散スペクトルに
決定し、該決定した離散スペクトルに対して、今回得ら
れた離散スペクトルの位相値と前回得られた離散スペク
トルの位相値の差として位相変化量を求め、更に前記定
数の1を含む正の整数倍で該決定したスペクトル次数に
最も近い値と前記離散スペクトルの次数分解能の比の小
数部に相当する位相量を減じて補正し、前記任意の周波
数成分の位相変化量を算出することを特徴とする位相解
析方法。 (3)請求項1または請求項2に記載の位相解析方法に
おいて、補正した前記任意の周波数成分の位相変化量を
複数回算出するとともに、各算出した位相変化量を−18
0度から+180度の範囲に補正したのち、それらの平均値
を求め、平均変化量として算出することを特徴とする位
相解析方法。 により解決できる。 〔作用〕 関数(ここでは以後、例として独立変数に時間をとる
こととする。すなわち、扱う関数は時系列関数とする)
が連続データの場合には離散データに変換した後、例え
ば高速フーリエ変換(Fast Fourier transform;FFT)な
どの固定データ長さを有する離散的フーリエ変換処理に
よってその関数の離散スペクトルを求める。この処理を
離散データに関して一定の時間ずつずらして複数回行
う。そして元の関数の任意の周波数成分について、ある
時間経過後、すなわちある時間間隔における位相変化量
を、対応する離散スペクトルに関する一連の位相値の変
化量として求める。 また、上記離散的フーリエ変換によって得られるスペ
クトルはディジタルデータであり、したがって解析の対
象となる関数には、上記変換によっては表現できない真
の周波数成分が含まれることがある。この表現できない
真の周波数成分の位相変化量を、この変換によって表現
できる離散スペクトルに関する位相値を用いて演算す
る。 さらに、時間間隔が離散サンプリングでは表現できな
い場合に、その時間間隔に対する、関数に含まれる任意
の周波数成分の位相変化量を、一定時間で変換した離散
スペクトルに関する一連の位相値を用いて演算する。 〔実施例〕 以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。 第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
ここでは以後、関数を振動に置き換えて説明する。振動
がアナログ信号の場合、振動信号入力端子1から入力さ
れた振動信号5を、発信器でつくられたクロックを基準
クロックとし、周期信号入力端子2から入力された周期
信号6を分周,逓倍することにより生成したパルス信号
をサンプリングタイミングとして、アナログ信号からデ
ィジタル信号への変換(A/D変換)をA/D変換部3で行
う。A/D変換部3でディジタル信号に変換された振動信
号は、例えばFFTなどの離散的フーリエ変換によって離
散スペクトルに変換される。またこの変換処理は、各々
の離散的フーリエ変換で変換対象とするデータ群の長さ
(データの数)を固定し、そのデータ群の範囲を一定の
時間だけずらしながら複数回の変換処理を繰り返し行
う。このようにして生成した複数個の離散スペクトルデ
ータを利用して、位相解析部4において、以下の方法で
元の振動波形の任意の周波数成分に関する位相変化の解
析を行う。 ここでは、M回の離散的フーリエ変換を行った場合に
ついて説明する。そして、位相変化量として、連続する
各回毎のある離散スペクトルに関する位相値の平均変化
量を考える。さらに、この変化量を次の(a)〜(d)
の4つの場合に分けて求める。なお、Pi(−180゜<Pi
≦+180゜;i=1,2,…,M)を第i回の離散的フーリエ変
換結果において、注目する離散スペクトルに関する位相
値とする。 (a)スペクトル次数(第1図の周期信号6の1周期に
対応する周波数を1次と呼び、その他の周波数をその倍
数で表す)が整数次の場合。 連続する各回毎の位相の変化量P′i(i=1,2,…,M
−1)を第(1)式で表す。 P′i=Pi+1−Pi (1) 次に、P′iが、 −180゜<P′i≦+180゜ となるよう、第(2)式によってP″iに変換する。 P′′i=P′i+360゜×n (2) ここで、nは適当な整数である。 そして、求めたいM−1回の平均変化量Paveを第
(3)式のように表す。 Pave=(|P″1|+|P″2| +…+|P″M−1|)/(M−1) …(3) 第2図は2次の周波数を有する正弦波の位相解析結果
の例である。第2図のIはM回(この例では8回)の離
散的フーリエ変換結果である離散スペクトルの平均波形
である。また、第2図のIIは各回毎の2次のスペクトル
に関する位相値の変化の様子を示したグラフであり、第
2図のIIIは第(3)式より求めた各回毎の位相値の平
均変化量でであり、同期度を表す。第2図からわかるよ
うに、このスペクトルの位相変化量は小さく、したがっ
て位相は安定しているといえる。すなわち、本発明の方
法により、この正弦波の時間的変動が周期信号に同期し
ていることを確認することができる。 (b)スペクトル次数が整数次以外の場合。 この場合には、(a)と同一の方法で位相変化量を求
めるが、得られた値が1サンプリング周期に対応する値
よりもある程度小さい場合には、スペクトル次数の小数
部に対応する位相変化分を補正するために、第(1)式
のかわりに次の第(4)式を用いる。 P′i=Pi+1−Pi−360゜ ×(スペクトル次数の小数部) ‥‥(4) これは、そのようになった場合に振動に含まれる真の
周波数成分と周期信号との位相関係が、FFTなどの離散
的フーリエ変換では原理上、正しく認識できないために
とる処置である。ここで、「1サンプリング周期に対応
する位相値」Psとは、次の第(5)式で表される値であ
る。 Ps=〔(スペクトル次数)/(F×N)〕×360゜ ‥‥(5) ここで、Nは1回の離散的フーリエ変換で利用される
データ群のデータ長(サンプリング点数)、Fはこの離
散的フーリエ変換によって得られる離散スペクトルの次
数(周波数)のきざみ、即ち次数(周波数)分解能であ
る。例えば、N=1024点,F=0.03125次で、スペクトル
次数が1.25次のときには、Ps=14.0625゜となる。ま
た、「ある程度小さい」とはA/D変換部3などの性能に
よるので確定はできないが、Psの1/(M−1)より大き
くなることはない。 第3図は1.25次の周波数を有する正弦波の位相解析結
果の例である。I,II,IIIについては第2図と同様であ
る。周波数が整数次ではないので、この正弦波は周期信
号に同期しないが、本発明の方法(第3図のIII)によ
り、そのことを確認することができる。 (c)位相変化算出の基準となる時間間隔が第1図の周
期信号6の周波数のR1倍の場合。但し、R1/Fは整数とす
る。 この場合には、(a)の方法において、式(1)のか
わりに次の第(6)式を用いる。 P′i=Pi+1−Pi−360゜× {(スペクトル次数/R1)の小数部} …‥(6) これも(b)の場合と同様、スペクトルと位相変化算
出の基準となる時間間隔との位相関係が、FFTなどの離
散的フーリエ変換では原理上、正しく認識できないため
に行う処置である。 第4図は位相変化算出の基準となる時間間隔が周期信
号6の周波数の1.25倍で、その時間間隔と等しい周波数
を有する正弦波の位相解析結果の例である。I,II,IIIに
ついては第2図と同様である。正弦波はこの時間間隔に
同期していることになるが、本発明の方法により、その
ことを確認することができる。 (d)位相変化算出の基準となる時間間隔が第1図の周
期信号6の周波数のR2倍の場合。但し、R2/Fは整数では
ないとする。 この場合には、(a)の方法において、式(1)のか
わりに次の第(7)式を用いる。 P′i=Pi+1−Pi−360゜×{(R2′/F)の小数
部} …(7) ここで、R2′はR2の1を含む正の整数倍のうち注目し
ているスペクトル次数に最も近い値である。 これは、離散サンプリングでは表現できない時間間隔
に対する周波数成分の位相変化量を、離散スペクトルに
関する位相変化量を用いて算出するために行う補正であ
る。 第5図は位相変化算出の基準となる時間間隔が周期信
号6の周波数の4/3倍で、その時間間隔と等しい周波数
を有する正弦波の位相解析結果の例である。I,II,IIIに
ついては第2図と同様である。正弦波はこの時間間隔に
同期していることになるが、本発明の方法により、その
ことを確認することができる。 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば、関数
に含まれる任意の周波数成分の位相変化量を、離散的フ
ーリエ変換というディジタル解析手法によって求めるた
めに、解析精度が高く、しかもデータ管理などその後の
2次処理も容易になる。さらに、離散的フーリエ変換に
よっては表現できない離散スペクトルの間に存在する真
の周波数成分、および離散サンプリングでは表現できな
い独立変数間隔に対する周波数成分の位相変化量も本発
明の方法によって求めることができる。したがって、例
えば回転機械から発生する振動の周期性解析が手軽に、
しかも精度よく行えるようになる。
The subject is: (1) using the phase value of a discrete spectrum obtained by performing a plurality of discrete Fourier transforms of the same data length at fixed time intervals on the phase change amount of an arbitrary frequency component included in a function. In the required phase analysis method, arbitrarily determine the time interval that is the basis for calculating the phase change,
The frequency corresponding to the time interval used as the reference for the phase change calculation is a constant multiple of the frequency of the periodic signal used for the discrete Fourier transform after being divided or multiplied, and the constant is an integral multiple of the order resolution of the discrete spectrum. In some cases, from the frequency of the periodic signal and the arbitrary frequency component, a spectrum order of the arbitrary frequency component and a discrete spectrum to be determined are determined, and the discrete spectrum obtained this time is determined for the determined discrete spectrum. The phase change amount is obtained as the difference between the phase value of the spectrum and the phase value of the discrete spectrum obtained last time, and the phase amount corresponding to the fractional part of the ratio between the spectrum order and the constant is further reduced and corrected to obtain the arbitrary frequency. A phase analysis method comprising calculating a phase change amount of a component. (2) A phase analysis method for obtaining a phase change amount of an arbitrary frequency component included in a function using a phase value of a discrete spectrum obtained by performing a plurality of discrete Fourier transforms of the same data length at a fixed time interval. In, arbitrarily determine the time interval that is the reference for the phase change calculation,
A frequency corresponding to a time interval used as a reference of the phase change calculation is a constant multiple of the frequency of a periodic signal used for the discrete Fourier transform after being divided or multiplied, and the constant is not an integral multiple of the order resolution of the discrete spectrum. In this case, the spectrum order of the arbitrary frequency component is determined from the frequency of the periodic signal and the arbitrary frequency component, and the frequency order of the arbitrary frequency component is determined between two adjacent discrete spectra that cannot be represented by a discrete spectrum. , A discrete spectrum close to the arbitrary frequency component of the two discrete spectra is determined as a target discrete spectrum, and the discrete spectrum obtained this time is determined for the determined discrete spectrum. The amount of phase change is determined as the difference between the phase value of the spectrum and the phase value of the discrete spectrum obtained last time, and a positive value including the constant 1 A value obtained by subtracting and correcting a phase amount corresponding to a fractional part of a ratio of the order resolution of the discrete spectrum and a value closest to the determined spectral order by several times, and calculating a phase change amount of the arbitrary frequency component. Phase analysis method. (3) In the phase analysis method according to claim 1 or 2, the corrected phase change amount of the arbitrary frequency component is calculated a plurality of times, and each calculated phase change amount is -18.
A phase analysis method comprising: correcting a value in a range from 0 degrees to +180 degrees; calculating an average value thereof; and calculating the average value. Can be solved. [Function] Function (Hereinafter, time is taken as an independent variable as an example. That is, the function to be handled is a time series function.)
If is a continuous data, it is converted to discrete data, and then a discrete spectrum of the function is obtained by a discrete Fourier transform process having a fixed data length such as a fast Fourier transform (FFT). This processing is performed a plurality of times for the discrete data with a predetermined time shift. Then, for an arbitrary frequency component of the original function, a phase change amount after a lapse of a certain time, that is, at a certain time interval, is obtained as a change amount of a series of phase values related to a corresponding discrete spectrum. Further, a spectrum obtained by the discrete Fourier transform is digital data, and therefore, a function to be analyzed may include a true frequency component that cannot be expressed by the transform. The phase change amount of the true frequency component that cannot be expressed is calculated using the phase value related to the discrete spectrum that can be expressed by this conversion. Further, when the time interval cannot be represented by discrete sampling, the phase change amount of an arbitrary frequency component included in the function with respect to the time interval is calculated using a series of phase values related to a discrete spectrum converted in a fixed time. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
In the following, the function will be described by replacing the function with vibration. When the vibration is an analog signal, the vibration signal 5 input from the vibration signal input terminal 1 is used as a reference clock using a clock generated by the transmitter, and the periodic signal 6 input from the periodic signal input terminal 2 is divided and multiplied. The A / D conversion unit 3 performs conversion (A / D conversion) from an analog signal to a digital signal using the pulse signal generated thereby as a sampling timing. The vibration signal converted into a digital signal by the A / D converter 3 is converted into a discrete spectrum by a discrete Fourier transform such as FFT. In this conversion process, the length of the data group (the number of data) to be converted in each discrete Fourier transform is fixed, and the conversion process is repeated a plurality of times while shifting the range of the data group by a fixed time. Do. Using the plurality of discrete spectrum data generated in this manner, the phase analysis unit 4 analyzes the phase change of an arbitrary frequency component of the original vibration waveform by the following method. Here, a case where M discrete Fourier transforms are performed will be described. Then, as the phase change amount, the average change amount of the phase value regarding a certain discrete spectrum for each successive time is considered. Further, the amount of change is represented by the following (a) to (d).
Are obtained separately for the four cases. Note that Pi (−180 ° <Pi
≦ + 180 °; i = 1, 2,..., M) is a phase value related to a discrete spectrum of interest in the result of the i-th discrete Fourier transform. (A) The case where the spectral order (the frequency corresponding to one cycle of the periodic signal 6 in FIG. 1 is called primary, and the other frequencies are represented by multiples thereof) are integer orders. Phase change amount P′i (i = 1, 2,..., M
-1) is expressed by equation (1). P′i = Pi + 1−Pi (1) Next, P′i is converted into P ″ i by the equation (2) so that −180 ° <P′i ≦ + 180 °. P′i + 360 ゜ × n (2) where n is an appropriate integer, and the average change amount Pave of M−1 times to be obtained is expressed as in the following equation (3): Pave = (| P ″ 1 | + | P ″ 2 | +... + | P ″ M−1 |) / (M−1) (3) FIG. 2 is an example of a phase analysis result of a sine wave having a secondary frequency. I in FIG. 2 is an average waveform of a discrete spectrum that is a result of M (eight in this example) discrete Fourier transforms. Further, II in FIG. 2 is a graph showing the state of the change of the phase value with respect to the secondary spectrum for each time, and III in FIG. 2 is the average of the phase values for each time obtained from the equation (3). This is the amount of change and represents the degree of synchronization. As can be seen from FIG. 2, it can be said that the amount of phase change of this spectrum is small, and therefore the phase is stable. That is, according to the method of the present invention, it can be confirmed that the temporal variation of the sine wave is synchronized with the periodic signal. (B) When the spectrum order is other than the integer order. In this case, the phase change amount is obtained by the same method as in (a), but if the obtained value is somewhat smaller than the value corresponding to one sampling period, the phase change amount corresponding to the fractional part of the spectrum order is obtained. In order to correct the minute, the following equation (4) is used instead of the equation (1). P′i = Pi + 1−Pi−360 ゜ × (decimal part of spectrum order) ‥‥ (4) In this case, the phase relationship between the true frequency component included in the vibration and the periodic signal becomes In principle, discrete Fourier transform such as FFT is a measure to be taken because it cannot be recognized correctly. Here, the “phase value corresponding to one sampling period” Ps is a value represented by the following equation (5). Ps = [(spectral order) / (F × N)] × 360 ゜ (5) where N is the data length (number of sampling points) of a data group used in one discrete Fourier transform, and F is The order (frequency) of the discrete spectrum obtained by the discrete Fourier transform, that is, the order (frequency) resolution. For example, when N = 1024 points, F = 0.03125 order, and the spectrum order is 1.25 order, Ps = 14.0625 °. Further, “slightly smaller” cannot be determined because it depends on the performance of the A / D converter 3 and the like, but does not become larger than 1 / (M−1) of Ps. FIG. 3 is an example of a phase analysis result of a sine wave having a frequency of 1.25 order. I, II and III are the same as in FIG. Since the frequency is not of the order of an integer, this sine wave is not synchronized with the periodic signal, but this can be confirmed by the method of the present invention (III in FIG. 3). (C) The case where the time interval serving as the reference for calculating the phase change is R1 times the frequency of the periodic signal 6 in FIG. However, R1 / F is an integer. In this case, the following equation (6) is used instead of equation (1) in the method (a). P′i = Pi + 1−Pi−360 ゜ × {fraction part of (spectral order / R1)} (6) Similarly to the case of (b), the difference between the spectrum and the time interval used as a reference for calculating the phase change is obtained. This is a process to be performed because the phase relationship cannot be correctly recognized in principle by a discrete Fourier transform such as FFT. FIG. 4 is an example of a phase analysis result of a sine wave having a frequency equal to the time interval of 1.25 times the frequency of the periodic signal 6 as a reference for calculating the phase change. I, II and III are the same as in FIG. The sine wave will be synchronous with this time interval, and this can be confirmed by the method of the present invention. (D) The case where the time interval used as the reference for calculating the phase change is R2 times the frequency of the periodic signal 6 in FIG. However, it is assumed that R2 / F is not an integer. In this case, the following equation (7) is used in the method (a) instead of the equation (1). P′i = Pi + 1−Pi−360 ゜ × {fractional part of (R2 ′ / F)} (7) Here, R2 ′ is a spectrum order of interest among positive integer multiples including 1 of R2. It is the closest value. This correction is performed to calculate the phase change amount of the frequency component with respect to the time interval that cannot be expressed by the discrete sampling using the phase change amount regarding the discrete spectrum. FIG. 5 is an example of a phase analysis result of a sine wave having a frequency equal to the time interval whose time interval as a reference for calculating the phase change is 4/3 times the frequency of the periodic signal 6. I, II and III are the same as in FIG. The sine wave will be synchronous with this time interval, and this can be confirmed by the method of the present invention. [Effects of the Invention] As is apparent from the above description, according to the present invention, the phase change amount of any frequency component included in the function is obtained by a digital analysis method called discrete Fourier transform, so that the analysis accuracy is high. In addition, subsequent secondary processing such as data management becomes easy. Further, the true frequency component existing between discrete spectra that cannot be expressed by the discrete Fourier transform and the phase change amount of the frequency component with respect to the independent variable interval that cannot be expressed by the discrete sampling can be obtained by the method of the present invention. Therefore, for example, the periodicity analysis of vibration generated from a rotating machine can be easily performed.
Moreover, it can be performed with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の方法を実施する装置を示すブロック図
である。 第2図,第3図,第4図及び第5図は本発明の方法によ
る位相解析結果を示すグラフであり、第2図はスペクト
ル次数が整数次の場合,第3図はスペクトル次数が整数
次以外の場合,第4図および第5図は位相変化算出の基
準間隔が元の周期信号と異なる場合の例をそれぞれ示
す。 1:振動信号入力端子 2:周期信号入力端子 3:A/D変換部 4:位相解析部 5:振動信号 6:周期信号 I:振動の離散スペクトル波形 II:あるスペクトルに関する位相変化グラフ III:あるスペクトルに関する位相変化量
FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for implementing the method of the present invention. FIGS. 2, 3, 4 and 5 are graphs showing the results of phase analysis by the method of the present invention. FIG. 2 shows a case where the spectrum order is an integer order, and FIG. 3 shows a case where the spectrum order is an integer order. In the cases other than the following, FIGS. 4 and 5 show examples in which the reference interval for calculating the phase change is different from the original periodic signal. 1: Vibration signal input terminal 2: Periodic signal input terminal 3: A / D converter 4: Phase analyzer 5: Vibration signal 6: Periodic signal I: Discrete spectrum waveform of vibration II: Phase change graph for a certain spectrum III: Yes Phase change of spectrum

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01H 17/00 G01M 19/00 G01R 23/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01H 17/00 G01M 19/00 G01R 23/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】関数に含まれる任意の周波数成分の位相変
化量を、一定の時間間隔で複数回の同一データ長の離散
フーリエ変換を行うことによって得られる離散スペクト
ルの位相値を用いて求める位相解析方法において、 位相変化算出の基準となる時間間隔を任意に決定し、該
位相変化算出の基準となる時間間隔に相当する周波数
が、分周あるいは逓倍して前記離散フーリエ変換に用い
る周期信号の周波数の定数倍でかつ該定数が前記離散ス
ペクトルの次数分解能の整数倍である場合に、前記周期
信号の周波数と前記任意の周波数成分とから、該任意の
周波数成分のスペクトル次数と対象とする離散スペクト
ルを決定し、該決定した離散スペクトルに対して、今回
得られた離散スペクトルの位相値と前回得られた離散ス
ペクトルの位相値の差として位相変化量を求め、更にス
ペクトル次数と前記定数との比の小数部に相当する位相
量を減じて補正し、前記任意の周波数成分の位相変化量
を算出することを特徴とする位相解析方法。
1. A phase change amount of an arbitrary frequency component included in a function is obtained using a phase value of a discrete spectrum obtained by performing a plurality of discrete Fourier transforms of the same data length at fixed time intervals. In the analysis method, a time interval serving as a reference for calculating the phase change is arbitrarily determined, and a frequency corresponding to the time interval serving as the reference for calculating the phase change is divided or multiplied to obtain a periodic signal used for the discrete Fourier transform. When the frequency is a constant multiple and the constant is an integer multiple of the order resolution of the discrete spectrum, the frequency of the periodic signal and the arbitrary frequency component are used to determine the spectral order of the arbitrary frequency component and the discrete Determine the spectrum, for the determined discrete spectrum, the difference between the phase value of the discrete spectrum obtained this time and the phase value of the discrete spectrum obtained last time Calculating a phase change amount, further reducing and correcting a phase amount corresponding to a fractional part of a ratio between a spectrum order and the constant, and calculating a phase change amount of the arbitrary frequency component. Method.
【請求項2】関数に含まれる任意の周波数成分の位相変
化量を、一定の時間間隔で複数回の同一データ長の離散
フーリエ変換を行うことによって得られる離散スペクト
ルの位相値を用いて求める位相解析方法において、 位相変化算出の基準となる時間間隔を任意に決定し、該
位相変化算出の基準となる時間間隔に相当する周波数
が、分周あるいは逓倍して前記離散フーリエ変換に用い
る周期信号の周波数の定数倍でかつ該定数が前記離散ス
ペクトルの次数分解能の整数倍でない場合に、前記周期
信号の周波数と前記任意の周波数成分とから、該任意の
周波数成分のスペクトル次数を決定するとともに、前記
任意の周波数成分が離散スペクトルでは表現できない隣
り合う2本の離散スペクトルの間に存在する場合に、前
記2本の離散スペクトルのうちの前記任意の周波数成分
に近い1本の離散スペクトルを対象の離散スペクトルに
決定し、該決定した離散スペクトルに対して、今回得ら
れた離散スペクトルの位相値と前回得られた離散スペク
トルの位相値の差として位相変化量を求め、更に前記定
数の1を含む正の整数倍で該決定したスペクトル次数に
最も近い値と前記離散スペクトルの次数分解能の比の小
数部に相当する位相量を減じて補正し、前記任意の周波
数成分の位相変化量を算出することを特徴とする位相解
析方法。
2. The phase change amount of an arbitrary frequency component included in a function is obtained by using a discrete spectrum phase value obtained by performing a plurality of discrete Fourier transforms of the same data length at a fixed time interval. In the analysis method, a time interval serving as a reference for calculating the phase change is arbitrarily determined, and a frequency corresponding to the time interval serving as the reference for calculating the phase change is divided or multiplied to obtain a periodic signal used for the discrete Fourier transform. When the frequency is a constant multiple and the constant is not an integral multiple of the order resolution of the discrete spectrum, from the frequency of the periodic signal and the arbitrary frequency component, determine the spectral order of the arbitrary frequency component, When an arbitrary frequency component exists between two adjacent discrete spectra that cannot be represented by the discrete spectrum, the two discrete spectra Among the above-mentioned arbitrary frequency components is determined as a target discrete spectrum, and the phase value of the discrete spectrum obtained this time and the phase value of the discrete spectrum obtained previously are determined for the determined discrete spectrum. A phase change amount is obtained as a difference between phase values, and a value closest to the determined spectrum order by a positive integer multiple including the constant 1 and a phase amount corresponding to a fractional part of a ratio of the order resolution of the discrete spectrum are calculated. A phase change method for calculating the phase change amount of the arbitrary frequency component.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載の位相解析
方法において、補正した前記任意の周波数成分の位相変
化量を複数回算出するとともに、各算出した位相変化量
を−180度から+180度の範囲に補正したのち、それらの
平均値を求め、平均変化量として算出することを特徴と
する位相解析方法。
3. The phase analysis method according to claim 1, wherein the corrected phase change amount of the arbitrary frequency component is calculated a plurality of times, and each calculated phase change amount is calculated from -180 degrees to +180 degrees. A phase analysis method, wherein after correcting to a degree range, an average value thereof is obtained and calculated as an average change amount.
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