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IDENTIFICATION METHOD AND DEVICE BY NONCONTACT MEASUREMENT OF VIBRATION CHARACTERISTIC OF STRUCTURE

Patent code P07A011583
File No. /NO30849
Posted date Nov 16, 2007
Application number P2002-355051
Publication number P2004-184377A
Patent number P4001806
Date of filing Dec 6, 2002
Date of publication of application Jul 2, 2004
Date of registration Aug 24, 2007
Inventor
  • (In Japanese)上半 文昭
Applicant
  • (In Japanese)公益財団法人鉄道総合技術研究所
Title IDENTIFICATION METHOD AND DEVICE BY NONCONTACT MEASUREMENT OF VIBRATION CHARACTERISTIC OF STRUCTURE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an identification method and a device by noncontact measurement of the vibration characteristic of a structure capable of performing easier, simpler and safer vibration measurement for structure inspection.
SOLUTION: When measuring vibration in the vibration direction 13 of the structure 12 with a noncontact type vibration meter 11, a contact type vibration meter 14 is mounted on the noncontact type vibration meter 11 and the vibration in the vibration direction 13 is measured simultaneously. Then, time series vibration data XS(t)16 measured with the contact type vibration meter 14 is added to time series vibration data XL(t)15 measured with the noncontact type vibration meter 11, to thereby determine time series vibration data XM(t)17 of the structure 12 from which the influence of vibration of the noncontact type vibration meter 11 is removed, and spectral operation of the time series vibration data XM(t)17 is performed, to thereby determine a frequency characteristic SM(f)18 of the vibration of the structure 12 from which the influence of vibration of the noncontact type vibration meter 11 is removed.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


鉄道分野などでは、構造物の健全度などを振動測定を用いて検査する手法が研究されてきた。それらの検査では、接触型の振動計(ムービングコイル型、サーボ型などの加速度または速度センサなど)を構造物に設置して、構造物の振動を測定してきた(下記特許文献1、非特許文献1~3参照)。



一方、本願発明者らは、振動特性で構造物の地震時損傷度を精度良く検査できる手法を開発することを目的として、非線形構造解析を利用した構造物の振動特性の分析(下記非特許文献4及び5参照)、振動測定による構造物の振動特性の同定手法の開発(下記非特許文献6参照)などに取り組んできた。



【特許文献1】
特開平9-105665号公報 第6~9頁 図1



【非特許文献1】
鈴木武夫:振動による橋脚の健全性の判定法、土木学会第6回年次学術講演会概要,p.18,1950.



【非特許文献2】
西村昭彦:ラーメン高架橋の健全度評価法の研究,鉄道総研報告,Vol.4,No.9,1990.9.



【非特許文献3】
中村豊:総合地震防災システムの研究,土木学会論文集,No.531/I-34,pp.1-33,1996.1.



【非特許文献4】
上半文昭,目黒公郎:非線形構造解析によるRC構造物の即時地震損傷度判定法に関する一考察,応用力学論文集,Vol.3,pp.621-628,2000.8.



【非特許文献5】
上半文昭,目黒公郎:鋼板補強された実大高架橋の損傷度判定に関する基礎的検討、土木学会第56回年次学術講演会概要集(CD-ROM),I-B097,2001.10.



【非特許文献6】
上半文昭,目黒公郎:固有振動数と振動モードを利用したRC構造物の損傷度評価,第1回日本地震工学研究発表会・討論会梗概集,p.166,2001.11.

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、構造物の固有振動数や固有振動モードなどの振動特性を、振動、特に微動を非接触計測することにより同定する、構造物の振動特性の非接触計測による同定方法及び装置に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
(a)支持装置(105)と、
(b)該支持装置(105)上に配置される水準器付きベース(104)と、
(c)該水準器付きベース(104)上に配置される角度測定器(103)と、
(d)該角度測定器(103)と連動し角度を調整できる構造物の振動を非接触で検出する非接触型振動計(25,101)と、
(e)該非接触型振動計(25,101)に取り付けられる接触型振動計(26,102)とを配置し、
(f)構造物(21)上の点(22)をその振動方向(23)と角度θずれた位置(24)から前記非接触型振動計(25)で計測し、該非接触型振動計(25)に取り付けられた前記接触型振動計(26)で振動方向(23)と角度θをなす振動方向(27)の振動を同時計測し、前記非接触型振動計(25)で得られた時系列振動データをスペクトル演算して求めた周波数特性SL (f)(28)から、前記接触型振動計(26)で得られた時系列振動データをスペクトル演算して求めた周波数特性SS (f)(29)を減じたものを、cosθで除し、前記構造物(21)上の点(22)の振動方向(23)の周波数特性SM (f)(30)を得るとともに、振動レベルが非常に小さい微動を非接触計測し、前記構造物(41)上の点(42)の振動方向(43)の振動の周波数特性SM (f)(44)を求める際に、構造物(41)上のある基準点(45)に設置した振動計で振動方向(43)の振動を同時測定し、得られた時系列データをスペクトル演算して求めたSR (f)(46)のピーク値SR MAX (47)で、周波数特性SM (f)(44)を除することにより、前記基準点(45)の振動レベルを用いて基準化した前記構造物(41)上の点(42)の振動方向(43)の振動の周波数特性SN (f)(48)を求め、前記周波数特性SN (f)(48)において、ある分析対象のモード成分に対応するスペクトル振幅を基準化振幅SN MAX (49)となし、これを前記構造物(41)上の複数の点(50~52)も対象として実施し、ある分析対象のモード成分に対応する各点の基準化振幅(53~55)を求め、それらを用いて前記構造物(41)の振動モード形状(56)を得ることを特徴とする構造物の振動特性の非接触計測による同定方法。

【請求項2】
 
(a)支持装置(105)と、
(b)該支持装置(105)上に配置される水準器付きベース(104)と、
(c)該水準器付きベース(104)上に配置される角度測定器(103)と、
(d)該角度測定器(103)と連動し角度を調整できる構造物の振動を非接触で検出する非接触型振動計(35,101)と、
(e)該非接触型振動計(35,101)に取り付けられる接触型振動計(36,102)とを配置し、
(f)構造物(31)上の点(32)をその振動方向(33)と角度θずれた位置(34)から前記非接触型振動計(35)で計測し、該非接触型振動計(35)に取り付けた前記接触型振動計(36)で振動方向(33)と角度θをなす振動方向(37)の振動を同時計測し、前記非接触型振動計(35)で得られた時系列振動データXL (t)(38A)に、前記接触型振動計(36)で得られた時系列振動データX S(t)(38B)を加えて得られる時系列振動データをcosθで除することにより、前記構造物(31)上の点(32)の振動方向(33)の振動の時系列データXM (t)(38C)を求め、この時系列データXM (t)(38C)をスペクトル演算することにより前記構造物(31)上の点(32)の振動方向の周波数特性SM (f)(38D)を得るとともに、振動レベルが非常に小さい微動を非接触計測し、得られた時系列データをスペクトル演算して求めたSR (f)(46)のピーク値SR MAX (47)で、周波数特性SM (f)(44)を除することにより、前記基準点(45)の振動レベルを用いて基準化した前記構造物(41)上の点(42)の振動方向(43)の振動の周波数特性SN (f)(48)を求め、前記周波数特性SN (f)(48)において、ある分析対象のモード成分に対応するスペクトル振幅を基準化振幅SN MAX (49)となし、これを前記構造物(41)上の複数の点(50~52)も対象として実施し、ある分析対象のモード成分に対応する各点の基準化振幅(53~55)を求め、それらを用いて前記構造物(41)の振動モード形状(56)を得ることを特徴とする構造物の振動特性の非接触計測による同定方法。

【請求項3】
 
請求項1又は2記載の構造物の振動特性の非接触計測による同定方法において、地盤および基礎(61)を伴った構造物(62)の地表面付近の点(63)およびその他の点(64~67)を対象として、前記点(64~67)の基準化振幅(68~72)から前記地表面付近の点(63)の基準化振幅を減ずることにより、構造物(62)の地上部のみの振動モード形状(73)を近似することを特徴とする構造物の振動特性の非接触計測による同定方法。

【請求項4】
 
請求項1から3の何れか1項記載の構造物の振動特性の非接触計測による同定方法において、前記非接触型振動計そのものの振動レベルが、構造物の振動に対して十分に小さい時に、前記非接触型振動計そのものの振動を無視して計測することを特徴とする構造物の振動特性の非接触計測による同定方法。

【請求項5】
 
(a)構造物の振動を非接触で検出する非接触型振動計(101)と、
(b)該非接触型振動計に取り付けられる接触型振動計(102)と、
(c)水準器付きベース(104)と、
(d)該水準器付きベース(104)と前記非接触型振動計(101)との間に配置される角度測定器(103)と、
(e)前記非接触型振動計(101)、接触型振動計(102)、角度測定器(103)及び水準器付きベース(104)を支える支持装置(105)と、
(f)電源装置(106)と、
(g)前記非接触型振動計(101)と接触型振動計(102)からの情報を取り込み、構造物の振動特性の非接触計測による同定を行う、データを記録・表示できるデータ処理・記録・表示装置(107)を具備し、
(h)振動レベルが非常に小さい微動を非接触計測し、前記構造物(41)上の点(42)の振動方向(43)の振動の周波数特性SM (f)(44)を求める際に、構造物(41)上のある基準点(45)に設置した振動計で振動方向(43)の振動を同時測定し、得られた時系列データをスペクトル演算して求めたSR (f)(46)のピーク値SR MAX (47)で、周波数特性SM (f)(44)を除することにより、前記基準点(45)の振動レベルを用いて基準化した前記構造物(41)上の点(42)の振動方向(43)の振動の周波数特性SN (f)(48)を求め、前記周波数特性SN (f)(48)において、ある分析対象のモード成分に対応するスペクトル振幅を基準化振幅SN MAX (49)となし、これを前記構造物(41)上の複数の点(50~52)も対象として実施し、ある分析対象のモード成分に対応する各点の基準化振幅(53~55)を求め、それらを用いて前記構造物(41)の振動モード形状(56)を得ることを特徴とする構造物の振動特性の非接触計測による同定装置

【請求項6】
 
請求項5記載の構造物の振動特性の非接触計測による同定装置において、前記データ処理・記録・表示装置(107)は、前記非接触型振動計(101)の信号を適切な電気信号に変換するための復調器(108)、前記非接触型振動計(101)と接触型振動計(102)からの信号を等しい感度特性に調整するためのバンドパスフィルタ(109)、アナログの電気信号をデジタル化するためのA/D変換装置(110)、および、入力された情報(及び演算結果)を記録する記録装置(111)、必要な処理を演算装置(112)に指示するための入力装置(113)、前記記録装置(111)に入力された情報および演算結果を表示する表示装置(114)とを具備することを特徴とする構造物の振動特性の非接触計測による同定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002355051thum.jpg
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