この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
国際規格は、ISO/IEC 指令Part に規定されている規則に従って草案されています。
技術委員会の主な任務は、国際規格を作成することです。技術委員会によって採択された国際規格草案は、投票のために加盟団体に回覧されます。国際規格として発行するには、投票を行った加盟団体の少なくとも 75% による承認が必要です。
この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。
ISO 18431-1 は、ISO/TC 108「機械的振動と衝撃」技術委員会によって作成されました。
ISO 18431 は、 「機械振動と衝撃 — 信号処理」という一般タイトルの下に、次の部分で構成されています。
- Part 1: 概要
- Part 2: フーリエ変換解析のための時間領域ウィンドウ
- Part 4: 衝撃応答スペクトル解析
以下の部分が準備中です。
- Part 3: 時間周波数共同解析のための双線形法
- Part 5: 時間スケール分析の方法
導入
最近では、ほぼすべてのデータ分析が、デジタル化されたデータに対する数学的演算を通じて行われています。この状況は、デジタル信号取得システムとコンピュータ化されたデータ処理装置の普及によって達成されました。したがって、データの分析は主にデジタル信号処理タスクになります。
実験の振動および衝撃データの分析は、実験計画からデータの評価と理解までのすべてのステップを含む実験力学のプロセスの一部として考える必要があります。
ISO 18431 のこの部分では、機器の感度の影響が含まれるようにデータが十分に削減されていることを前提としています。 ISO 18431 のこの部分で考慮されるデータは、速度、加速度、変位、力の成分などの物理量の時間サンプルのシーケンスであると考えられます。これらのデータを取得するための実験的方法は、ISO 18431 のこの部分の範囲外です。
1 スコープ
ISO 18431 のこの部分では、振動および衝撃データの各カテゴリーを、実験間の定量的比較や定量的仕様に適した形式に変換する、物理単位を含む数学的変換を定義します。確定的またはランダムな振動、過渡的または連続的な信号の解析に適用できます。信号のカテゴリは第 6 条で定義されています。
特に周波数領域解析では、正しい変換と単位を使用するために、解析対象の信号のタイプを正しく識別するために細心の注意を払う必要があります。
データは、機械構造の測定から実験的に取得することも、機械構造の数値シミュレーションから取得することもできます。顕微鏡器具、楽器、自動車、製造機械、建築物、土木構造物など、多種多様な機械構造物が存在するため、このカテゴリのデータは非常に広範です。データは、機械の振動や衝撃に対する機械や人間の反応を判断できます。
2 規範的参照
この文書を適用するためには、以下の参照文書が不可欠です。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- ISO 2041:1990, 振動と衝撃 — 語彙
3 用語と定義
この文書の目的のために、ISO 2041 および以下に示されている用語と定義が適用されます。
3.1
エイリアシング
ナイキスト周波数を超えるスペクトル成分とナイキスト周波数を下回るスペクトル成分の混合によって引き起こされるスペクトルエネルギーの誤った表現
3.2
信頼区間
確率の値が与えられた場合に、統計量の真の値が収まる範囲
3.3
データ
物理量のサンプリングされた測定値
3.4
統計的自由度
確率の統計的推定における独立変数の数
3.5
周波数分解能
2 つの隣接するスペクトル線間の差
3.6
行数
表示されるスペクトル線の数
3.7
ナイキスト周波数
f N = f s /2
どこ
| f N | はナイキスト周波数です。 |
| f s | はサンプリング周波数です |
3.8
レコード長
サンプリングされたデータ ポイントの連続セットを構成するデータ ポイントの数
3.9
サンプリング
時間、角度、回転数、またはその他の機械的独立変数の一連の値における変化する物理量の測定
3.10
サンプリング周波数
均一にサンプリングされたデータの単位時間あたりのサンプル数
3.11
サンプリング間隔
2 つの連続するサンプル間の単位数 (時間、角度、回転数など)
3.12
サンプリング周期
2 つの連続するサンプル間の時間の長さ
3.13
サンプリングレート
均一にサンプリングされたデータの単位時間、角度、回転数、またはその他の機械的独立変数ごとのサンプル数
3.14
サイドローブ
フーリエ変換で有限の時間窓を使用することによって生じる、周波数領域におけるピークのシーケンス
3.15
信号帯域幅
対象となる上位周波数と下位周波数の間の周波数上の間隔
3.16
スペクトル漏れ
フーリエ変換で有限ウィンドウを使用することによって生じる単一のスペクトル成分によるパワー スペクトルのピークの幅
参考文献
| 1 | Bendat 、JS およびPiersol 、AG 、ランダム データ: 分析および測定手順、第 3 版、ジョン ワイリー & サンズ、ニューヨーク、2000 年 |
| 2 | コーエン、L.時間周波数解析、プレンティス ホール PTR, ニュージャージー州、1995 |
| 3 | プロアキス、JG およびマノラキス、DGデジタル信号処理、第 3 版、プレンティス ホール、ニュージャージー、1996 |
| 4 | Flandrin 、P. Time-Frequency Time-Scale Analysis 、Academic Press, サンディエゴ、1999 |
| 5 | ブリガム、EO高速フーリエ変換、プレンティス ホール、ニュージャージー、1974 |
| 6 | Mallat 、S. 「信号処理のウェーブレット ツアー」 、第 2 版、Academic Press, サンディエゴ、2001 年 |
| 7 | N uttal 、A. 非常に優れたサイドローブ動作を行ういくつかのウィンドウ。音響。サウンド信号。 、ASSP-29, 1981年、84-91ページ |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 18431-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock.
ISO 18431 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration and shock — Signal processing:
- Part 1: General introduction
- Part 2: Time domain windows for Fourier Transform analysis
- Part 4: Shock response spectrum analysis
The following parts are under preparation:
- Part 3: Bilinear methods for joint time-frequency analysis
- Part 5: Methods for time-scale analysis
Introduction
In the recent past, nearly all data analysis has been accomplished through mathematical operations on digitized data. This state of affairs has been accomplished through the widespread use of digital signal acquisition systems and computerized data-processing equipment. The analysis of data is therefore primarily a digital signal-processing task.
The analysis of experimental vibration and shock data should be thought of as a part of the process of experimental mechanics that includes all steps from experimental design through data evaluation and understanding.
This part of ISO 18431 assumes that the data have been sufficiently reduced so that the effects of instrument sensitivity have been included. The data considered in this part of ISO 18431 are considered to be a sequence of time samples of a physical quantity, such as a component of velocity, acceleration, displacement or force. Experimental methods for obtaining these data are outside the scope of this part of ISO 18431.
1 Scope
This part of ISO 18431 defines the mathematical transformations, including the physical units, that convert each category of vibration and shock data into a form that is suitable for quantitative comparison between experiments and for quantitative specifications. It is applicable to the analysis of vibration that is deterministic or random, and transient or continuous signals. The categories of signals are defined in Clause 6.
Extreme care is to be exercised to identify correctly the type of signal being analysed in order to use the correct transformation and units, especially with the frequency domain analysis.
The data may be obtained experimentally from measurements of a mechanical structure or obtained from numerical simulation of a mechanical structure. This category of data is very broad because there is a wide variety of mechanical structures, for example, microscopic instruments, musical instruments, automobiles, manufacturing machines, buildings and civil structures. The data can determine the response of machines or of humans to mechanical vibration and shock.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 2041:1990, Vibration and shock — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
aliasing
false representation of spectral energy caused by mixing of spectral components above the Nyquist frequency with those spectral components below the Nyquist frequency
3.2
confidence interval
range within which the true value of a statistical quantity will lie, given a value of the probability
3.3
data
sampled measurements of a physical quantity
3.4
statistical degrees of freedom
number of independent variables in a statistical estimate of a probability
3.5
frequency resolution
difference between two adjacent spectral lines
3.6
number of lines
number of spectral lines that are displayed
3.7
Nyquist frequency
fN = fs/2
where
| fN | is the Nyquist frequency; |
| fs | is the sampling frequency |
3.8
record length
number of data points comprising a contiguous set of sampled data points
3.9
sampling
measurement of a varying physical quantity at a sequence of values of time, angle, revolutions or other mechanical, independent variable
3.10
sampling frequency
number of samples per unit of time for uniformly sampled data
3.11
sampling interval
number of units (e.g. time, angle, revolutions) between two successive samples
3.12
sampling period
duration of time between two successive samples
3.13
sampling rate
number of samples per unit of time, angle, revolutions or other mechanical, independent variable for uniformly sampled data
3.14
side-lobes
sequence of peaks in the frequency domain caused by the use of a finite time window with the Fourier Transform
3.15
signal bandwidth
interval over frequency between the upper and lower frequencies of interest
3.16
spectral leakage
width of the peak in the power spectrum due to a single spectral component caused by using a finite window with the Fourier Transform
Bibliography
| 1 | Bendat, J.S. and Piersol, A.G. Random Data: Analysis and Measurement Procedures, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York, 2000 |
| 2 | Cohen, L. Time-Frequency Analysis, Prentice Hall PTR, New Jersey, 1995 |
| 3 | Proakis, J.G. and Manolakis, D.G. Digital Signal Processing, 3rd edition, Prentice Hall, New Jersey, 1996 |
| 4 | Flandrin, P. Time-Frequency Time-Scale Analysis, Academic Press, San Diego, 1999 |
| 5 | Brigham, E.O. The Fast Fourier Transform, Prentice Hall, New Jersey, 1974 |
| 6 | Mallat, S. A Wavelet Tour of Signal Processing, 2nd edition, Academic Press, San Diego, 2001 |
| 7 | Nuttal, A. Some windows with very good sidelobe behavior. Trans. Acoust. Sound Sig. Proc., ASSP-29, 1981, pp. 84-91 |