特許ウォッチ

公開番号2025127181
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2024023752
出願日2024-02-20
発明の名称共振周波数判定装置、構造物診断装置、共振周波数判定方法、構造物診断方法、及びプログラム
出願人日本電気株式会社
代理人個人
主分類G01M 99/00 20110101AFI20250825BHJP(測定;試験)
要約【課題】構造物の共振特性に伴う周波数を精度よく判定することを可能にする。
【解決手段】共振周波数判定装置は、第1のセンサを用いて検出された第1の振動データから第1の振幅周波数特性を取得し、第2の振動データから第2の振幅周波数特性を取得する振幅特性取得部と、第1の振幅周波数特性と第2の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得する位相特性取得部と、構造物における共振周波数の候補である1以上の共振候補周波数を取得する共振候補周波数取得部と、共振候補周波数において位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、1以上の共振候補周波数のうち、共振候補周波数において位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を共振周波数と判定する共振周波数判定部とを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサを用いて検出された第１の振動データから、第１の振幅周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサを用いて検出された第２の振動データから、第２の振幅周波数特性を取得し、
前記第１の振幅周波数特性と、前記第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つを用いて検出された振動データに基づいて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得し、
前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、
前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定することを有する、共振周波数判定方法。
続きを表示（約 3,200 文字）【請求項２】
前記共振候補周波数を取得することは、前記複数のセンサのうち、１以上のセンサを検出された振動データから取得される振幅周波数特性において、スペクトル強度がしきい値以上の周波数を前記共振候補周波数として取得することを含む、請求項１に記載の共振周波数判定方法。
【請求項３】
前記位相周波数特性を取得することは、前記第１の振幅周波数特性と前記第２の振幅周波数特性とに基づいて伝達関数を計算し、前記伝達関数に基づいて前記位相周波数特性を取得することを含む、請求項１又は２に記載の共振周波数判定方法。
【請求項４】
前記第１のセンサの計測値に基づいて、前記構造物を走行する移動物体が前記伸縮装置を通過した時刻を特定し、
前記第１のセンサの計測値、及び前記第２のセンサの計測値のうち、前記特定された時刻から所定時間範囲の計測値を、それぞれ前記第１の振動データ及び前記第２の振動データとして抽出することを更に有する、
請求項１又は２に記載の共振周波数判定方法。
【請求項５】
前記複数のセンサの計測値は、それぞれ位相特性を有し、
前記複数のセンサの計測値の位相特性を補正することを更に有する、
請求項１又は２に記載の共振周波数判定方法。
【請求項６】
それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのそれぞれについて、各センサを用いて検出された振動データから、振幅周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサについて取得された第１の振幅周波数特性と、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサについて取得された第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得し、
前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、
前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定し、
前記判定された共振周波数における前記構造物の固有振動情報を取得し、
前記取得された固有振動情報を用いて前記構造物の健全性を診断することを有する構造物診断方法。
【請求項７】
それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサを用いて検出された第１の振動データから、第１の振幅周波数特性を取得し、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサを用いて検出された第２の振動データから、第２の振幅周波数特性を取得する振幅特性取得部と、
前記第１の振幅周波数特性と、前記第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得する位相特性取得部と、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つを用いて検出された振動データに基づいて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得する共振候補周波数取得部と、
前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定する共振周波数判定部とを備える共振周波数判定装置。
【請求項８】
それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのそれぞれについて、各センサを用いて検出された振動データから振幅周波数特性を取得する振幅特性取得部と、
前記複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサについて取得された第１の振幅周波数特性と、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサについて取得された第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得する位相特性取得部と、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得する共振候補周波数取得部と、
前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定する共振周波数判定部と、
前記判定された共振周波数における前記構造物の固有振動情報を取得する固有振動情報取得部と、
前記取得された固有振動情報を用いて前記構造物の健全性を診断する診断部とを備える構造物診断装置。
【請求項９】
それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサを用いて検出された第１の振動データから、第１の振幅周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサを用いて検出された第２の振動データから、第２の振幅周波数特性を取得し、
前記第１の振幅周波数特性と、前記第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つを用いて検出された振動データに基づいて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得し、
前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、
前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定することを含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのそれぞれについて、各センサを用いて検出された振動データから、振幅周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサについて取得された第１の振幅周波数特性と、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサについて取得された第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得し、
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得し、
前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、
前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定し、
前記判定された共振周波数における前記構造物の固有振動情報を取得し、
前記取得された固有振動情報を用いて前記構造物の健全性を診断することを含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、共振周波数判定装置、構造物診断装置、共振周波数判定方法、構造物診断方法、及びプログラムに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
構造物の振動特性を用いて、構造物の劣化、損傷又は健全性を診断する技術が知られている。構造物の劣化、損傷又は健全性の診断に使用される振動特性は、構造物の特定の固有振動モードにおける固有振動数を含む。構造物の振動は、例えば、構造物に配置された、変位センサ、速度センサ、又は、加速度センサなどのセンサによって測定される。固有振動モードは、固有振動数で振動している物体における振動の現れ方を指す。固有振動モードは、固有振動数で振動している物体における振動振幅の空間的な分布によって表される。一般に、構造物には複数の固有振動モードが存在する。構造物の振動は、複数の固有振動モードの重ね合わせによって表される。
【０００３】
関連技術として、特許文献１は、橋梁や建物などの構造物の振動を測定するための振動測定装置を開示する。特許文献１において、構造物には、１以上のセンサが設置される。構造物には、木製又はプラスチック製のハンマーを用いて衝撃が加えられる。振動測定装置は、構造物に衝撃が加わった際にセンサで検出された信号に基づいて、１次及び２次の振動モードを算出する。振動測定装置は、１次及び２次の振動モードに基づいて固有振動数を算出する。振動測定装置は、同じ構造物について、異なる時期に算出された固有振動数を比較する。このようにすることで、診断者は、振動特性の時間経過に伴う変化を把握することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１５－１８３３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、構造物の共振特性である固有振動数は、加速度の時刻歴波形に対する周波数スペクトル特性に基づいて抽出される。具体的には、加速度振幅の周波数特性におけるスペクトルピークの周波数が固有振動数として抽出される。しかしながら、周波数特性におけるスペクトルピークには、構造物の共振特性に伴うスペクトルピークの他に、外乱つまり周囲環境や車両に起因する機械振動に伴うスペクトルピークも含まれる。外乱に起因するスペクトルピークが固有振動数として抽出された場合、構造物の損傷が誤って診断される可能性がある。
【０００６】
本開示の目的の１つは、構造物の共振特性に伴う周波数を精度よく判定することができる共振周波数判定装置、構造物診断装置、共振周波数判定方法、構造物診断方法、及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の態様に係る共振周波数判定方法は、それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサを用いて検出された第１の振動データから、第１の振幅周波数特性を取得し、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサを用いて検出された第２の振動データから、第２の振幅周波数特性を取得し、前記第１の振幅周波数特性と、前記第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得し、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つを用いて検出された振動データに基づいて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得し、前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定することを含む。
【０００８】
本開示の第２の態様に係る構造物診断方法は、それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのそれぞれについて、各センサを用いて検出された振動データから、振幅周波数特性を取得し、前記複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサについて取得された第１の振幅周波数特性と、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサについて取得された第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得し、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得し、前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定し、前記判定された共振周波数における前記構造物の固有振動情報を取得し、前記取得された固有振動情報を用いて前記構造物の健全性を診断することを含む。
【０００９】
本開示の第３の態様に係る共振周波数判定装置は、それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサを用いて検出された第１の振動データから、第１の振幅周波数特性を取得し、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサを用いて検出された第２の振動データから、第２の振幅周波数特性を取得する振幅特性取得部と、前記第１の振幅周波数特性と、前記第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得する位相特性取得部と、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つを用いて検出された振動データに基づいて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得する共振候補周波数取得部と、前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定する共振周波数判定部とを含む。
【００１０】
本開示の第４の態様に係る構造物診断装置は、それぞれが構造物に生じる振動を検出するための複数のセンサのそれぞれについて、各センサを用いて検出された振動データから振幅周波数特性を取得する振幅特性取得部と、前記複数のセンサのうち、前記構造物と他の構造物とを接続する伸縮装置に最も近い位置に配置される第１のセンサについて取得された第１の振幅周波数特性と、前記複数のセンサのうち、前記第１のセンサとは異なる第２のセンサについて取得された第２の振幅周波数特性とに基づいて、位相周波数特性を取得する位相特性取得部と、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つについて取得された振幅周波数特性に基づいて、前記構造物における共振周波数の候補である１以上の共振候補周波数を取得する共振候補周波数取得部と、前記１以上の共振候補周波数について、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であるか否かを判定し、前記１以上の共振候補周波数のうち、前記共振候補周波数において前記位相周波数特性が非線形であると判定された共振候補周波数を、共振周波数と判定する共振周波数判定部と、前記判定された共振周波数における前記構造物の固有振動情報を取得する固有振動情報取得部と、
前記取得された固有振動情報を用いて前記構造物の健全性を診断する診断部とを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許