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。
この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令第 1 Part に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)
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、かかる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。文書の作成中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受け取った特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
適合性評価に関連する ISO 固有の用語や表現の意味の説明、および貿易の技術的障壁 (TBT) における WTO 原則への ISO の準拠に関する情報については、次の URL を参照してください。 序文 - 補足情報
この文書を担当する委員会は ISO/TC 108「機械的振動、衝撃および状態監視」です。
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 3: 時間周波数分析の方法
- Part 4: 衝撃応答スペクトル解析
導入
時間周波数解析は、振動や衝撃を時間と周波数の観点から定量的に表示するために使用されます。これは、さまざまな速度での機械の振動、たとえばさまざまなエンジン回転周波数での自動車の振動を解析するのに役立ちます。時間周波数解析は、機械からの衝撃応答 (衝撃の応答など) を定量的に表示するためにも使用されます。衝撃の持続時間と周波数応答が表示されます。周波数応答は、周波数、RPM, またはオクターブの観点から表示できます。 ISO 18431 のこの部分に含まれる 4 つの方法は、短時間フーリエ変換、Wigner-Ville 変換、Choi-Williams 変換、およびウェーブレット変換です。これらの方法のいずれかをパラメータを正しく指定して使用すると、衝撃や振動の時間成分と周波数成分が定量的に表示されます。定量表示により、機械の定量的な仕様が可能になります。
1 スコープ
ISO 18431 のこの部分では、一定期間にわたる加速度、力、変位などの物理量または工学量の特定のサンプリング測定値の時間周波数解析のデジタル計算方法を指定します。パラメータと推奨事項の記録に関する要件とともに、時間周波数変換のいくつかの数学的定式化が示されています。
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、さまざま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
以下の文書は、全部または一部がこの文書で規範的に参照されており、その適用には不可欠です。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, 機械振動、衝撃および状態の監視 — 語彙
- ISO 18431-1, 機械的振動と衝撃 — 信号処理 — Part 1: 概要
3 用語と定義
この文書の目的上、ISO 2041, ISO 18431-1, 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
短時間フーリエ変換
時変振動の正弦波周波数と位相内容の時間依存性を決定するために使用されるフーリエ関連変換
3.2
ウィグナー・ヴィル分布
信号の自己相関に基づく振動の二次時間周波数記述
3.3
一般化された Wigner-Ville 分布
フィルタリングされた信号の自己相関に基づく振動の時間周波数記述
3.4
チョイ・ウィリアムズ変換
特定のカーネルを使用した振動の一般化された Wigner-Ville 分布
3.5
ウェーブレット変換
信号のスケーリングされた周波数変換に基づく振動の時間周波数記述
参考文献
| 1 | Mallat S.、信号処理のウェーブレット ツアー。 Academic Press, マサチューセッツ州バーリントン、第 3 版、2009 年 |
| 2 | Walker JS, ウェーブレットとその科学的応用に関する入門書。 Chapman & Hall/CRC Press LLC, フロリダ州ボカラトン、2008 |
| 3 | コーエン L.、時間周波数分析。プレンティス・ホール、ニュージャージー州サドルリバー、1995年 |
| 4 | Flandrin P.、時間-周波数/時間スケール分析。 (Stockler J.、翻訳)アカデミック・プレス、カリフォルニア州サンディエゴ、1999年 |
| 5 | Stark H.、Clarkson PM, Green RC, Gray D.、オーディオ、画像、電気通信の信号処理方法。アカデミック・プレス、ロンドン、1995 |
| 6 | Staszewski WJ, Worden K, Tomlinson GR, Wigner-Ville 分布とパターン認識を使用したギアボックス故障検出における時間周波数解析。システム。信号プロセス。 1997, 11, 673-692 ページ |
| 7 | Boashash B.、Mathew J.、Mesbah M.、時間周波数ベースのマシン状態の監視と障害診断。 In: 時間周波数信号の分析と処理: 包括的な参考文献 (Boashash B. 編)エルゼビア、オックスフォード、2003 年、671 ~ 82 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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).
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. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the WTO principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition monitoring.
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 3: Methods of time-frequency analysis
- Part 4: Shock-response spectrum analysis
Introduction
Time-frequency analysis is used to quantitatively display a vibration or shock in terms of time and frequency. This is useful for analysing vibrations in a machine at varying speeds, e.g. in an automobile at varying engine rotational frequencies. Time-frequency analysis is also used to quantitatively display impulsive responses from machinery, e.g. the response of an impact. The duration of the impact as well as the frequency response is displayed. The frequency response can be displayed in terms of frequency, RPM, or octaves. The four methods included in this part of ISO 18431 are the short-time Fourier transform, the Wigner-Ville transform, the Choi-Williams transform, and the wavelet transform. When any of these methods is used with the correctly specified parameters, time and frequency components of shocks and vibrations are displayed quantitatively. Quantitative display enables quantitative specification of the machinery.
1 Scope
This part of ISO 18431 specifies methods for the digital calculation of a time-frequency analysis of a given sampled measurement of a physical or engineering quantity, such as acceleration, force, or displacement, over an interval of time. Several mathematical formulations of time-frequency transformations are given with requirements for recording of parameters and recommendations.
The data can 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, e.g. 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 documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
- ISO 18431-1, Mechanical vibration and shock — Signal processing — Part 1: General introduction
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041, ISO 18431-1, and the following apply.
3.1
short-time Fourier transform
Fourier-related transform used to determine the time dependence of the sinusoidal frequency and phase content of a time-varying vibration
3.2
Wigner-Ville distribution
quadratic time-frequency description of a vibration based on the autocorrelation of a signal
3.3
generalized Wigner-Ville distribution
time-frequency description of a vibration based on a filtered autocorrelation of a signal
3.4
Choi-Williams transform
generalized Wigner-Ville distribution of a vibration using a specific kernel
3.5
wavelet transform
time-frequency description of a vibration based on the scaled frequency transformation of a signal
Bibliography
| 1 | Mallat S., A wavelet tour of signal processing. Academic Press, Burlington, MA, Third Edition, 2009 |
| 2 | Walker J.S., A primer on wavelets and their scientific application. Chapman & Hall/CRC Press LLC, Boca Raton, FL, 2008 |
| 3 | Cohen L., Time-frequency analysis. Prentice Hall, Saddle River, NJ, 1995 |
| 4 | Flandrin P., Time-frequency/time-scale analysis. (Stockler J., trans.). Academic Press, San Diego, CA, 1999 |
| 5 | Stark H., Clarkson P.M., Green R.C., Gray D., Signal processing methods for audio, images and telecommunications. Academic Press, London, 1995 |
| 6 | Staszewski W.J., Worden K., Tomlinson G.R., Time-frequency analysis in gearbox fault detection using the Wigner–Ville distribution and pattern recognition. Mech. Syst. Signal Process. 1997, 11 pp. 673–692 |
| 7 | Boashash B., Mathew J., Mesbah M., Time-frequency based machine condition monitoring and fault diagnosis. In: Time frequency signal analysis and processing: A comprehensive reference, (Boashash B., ed.). Elsevier, Oxford, 2003, pp. 671–82. |