ISO 2041:2018 機械的振動、衝撃、状態監視—用語, 語彙 | ページ 2

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

非推奨:倍音

調和振動、その周波数は基本周波数の整数倍です

非推奨:ピックアップ

入力エネルギーの望ましい特性が出力に現れるように、エネルギーをある形式から別の形式に変換するように設計された装置

非推奨:ピックアップ

機械システム (ひずみ、力、動きなど) からのエネルギーによって作動し、電気システムにエネルギーを供給する、またはその逆のトランスデューサー
注記 1:振動および衝撃に使用されるトランスデューサの主なタイプは次のとおりです。
  • a)圧電加速度計。
  • b)ピエゾ抵抗加速度計。
  • c)ひずみゲージ式加速度計。
  • d)容量性加速度計。
注記 2:振動および衝撃で使用される速度トランスデューサの主なタイプは次のとおりです。
  • a)動電変換器。
  • b)可動コイルトランスデューサ。
  • c)移動導体トランスデューサ。
  • d)誘導トランスデューサー。
  • e)レーザードップラー振動計。
  • f)可変磁気抵抗トランスデューサ。
注記 3:変位トランスデューサの主なタイプは次のとおりです。
  • a)容量性変位。
  • b)線形可変差動トランス。
  • c)可変磁気抵抗トランスデューサ。
  • d)静電(コンデンサ)トランスデューサー。
  • e)渦電流トランスデューサ。
  • f)磁歪トランスデューサ。
  • g)ボンデッドワイヤ (フォイル) トランスデューサ。

3.4.3

地震探知機

質量とシステムの基部の間の差動運動が電気出力を生成する地震システムからなるトランスデューサー

注記 1:加速度トランスデューサは、地震システムの有意な固有振動数よりも低い周波数範囲で動作し、速度および変位トランスデューサは、地震システムの固有振動数を超える周波数範囲で動作します。

3.4.4

リニアトランスデューサー

出力量と入力量が、指定された範囲の周波数と振幅に対する指定された一連の許容誤差内で線形関係にあるトランスデューサー

3.4.5

片側トランスデューサ

関連する信号を入力に供給するような方法で出力の信号によって作動できないトランスデューサー

3.4.6

両側トランスデューサ

終端間でどちらの方向にも伝送可能なトランスデューサ

注記 1:両側トランスデューサは通常、相反性の原理を満たします。

3.4.7

検出素子

入力励起によって起動され、出力信号を供給するトランスデューサーの一部

3.4.8

直線トランスデューサ

並進運動のいくつかの特性に敏感になるように設計されたトランスデューサー

注記 1: 修飾語「rectilinear」は、このタイプのトランスデューサを回転運動に敏感なトランスデューサと区別する必要がある場合にのみ使用されます。

3.4.9

角度変換器

回転運動の何らかの特性を測定するために設計されたトランスデューサー

3.4.10

加速度計

加速度トランスデューサー

入力加速度を、入力加速度に比例する出力 (通常は電気) に変換するトランスデューサー

3.4.11

速度変換器

入力速度を、入力速度に比例する出力 (通常は電気) に変換するトランスデューサー

3.4.12

変位変換器

入力変位を、入力変位に比例する出力 (通常は電気) に変換するトランスデューサー

3.4.13

振動計

通常は自己完結型で機械的に動作し、振動波形のオシログラフ記録を表示できる機器

3.4.14

振動計

変位または速度のいずれかに比例する 1 つ以上の出力 (通常は電圧) を備えた機器

3.4.15

力変換器

入力された力を、入力された力に比例する出力(通常は電気的な)に変換するトランスデューサー

3.4.16

感度

<transducer> 指定された入力量に対する指定された出力量の比

注記 1:トランスデューサの感度は、通常、正弦波励起を使用して周波数の関数として決定されます。

3.4.17

ダイナミックレンジ

<変換器> 測定可能な値の範囲

3.4.18

校正係数

<transducer> 指定された周波数範囲内の平均感度

注記 1: 感度 (3.4.16) を参照。

3.4.19

スケールファクター

<トランスデューサー>指定された周波数範囲内の公称感度

3.4.20

感応軸

<直線トランスデューサ> 直線トランスデューサが最大の感度を持つ公称方向

3.4.21

横軸

<トランスデューサ> 感知軸に垂直な公称方向

3.4.22

横感度

交差軸感度

<直線トランスデューサ> 感知軸に垂直な公称方向の励起に対するトランスデューサの感度

注記 1:横方向の感度は、通常、選択した軸の公称方向の関数です。

3.4.23

横感度比

交差軸感度比

<直線トランスデューサ> トランスデューサの横方向の感度と感応軸に沿った感度の比

注記 1:横感度比はパーセンテージで表される場合があります。

3.4.24

トランスデューサの位相シフト

正弦波励起の場合のトランスデューサの出力と入力の間の位相角

3.4.25

トランスデューサの歪み

トランスデューサーの出力が入力に比例しないときに発生する歪み

3.4.26

振幅歪み

<transducer> 特定の周波数におけるトランスデューサーの出力とその入力の比率が入力振幅によって変化するときに発生する歪み。

3.4.27

周波数歪み

与えられた励振振幅に対するトランスデューサの振幅感度がその範囲にわたって一定でない場合に、与えられた周波数範囲内で発生する歪みまたは応答

3.4.28

位相歪み

トランスデューサの出力とその入力の間の位相角が周波数の線形関数ではない場合に発生する歪み

3.4.29

なくなる

完全に均一な半径からのシャフトの偏差の尺度

注記 1:機械的振れは、シャフトの円周を横切るときの、完全に均一な半径からのシャフトの偏差の尺度です。これは機械式ダイヤルインジケーターで測定できます。

注記 2:電気的振れは、シャフトの円周を横切るときのシャフトの電気的特性の尺度です。これは、不均一な電気的または磁気的特性を測定するトランスデューサーを使用して測定されます。

3.5 信号処理に関する用語

3.5.1

データ

物理量のサンプリングされた測定値

3.5.2

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

注記 1:この用語の他の意味は、統計などの特定の分野で使用される場合があります。

3.5.3

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時間に対するサンプル数

3.5.4

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

3.5.5

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時間、角度、回転数、またはその他の機械的独立変数に関するサンプル数

3.5.6

ナイキスト周波数

特定のサンプリング レートで取得されたデータで利用可能な最大使用周波数

注記 1:ナイキスト周波数はf N = f s /2ここで, f s はサンプリング周波数です。

3.5.7

サンプリング間隔

2 つの連続するサンプル間の物理単位または工学単位 (時間、角度、回転数など) の数

3.5.8

周波数分解能

2つの隣接するスペクトル線間の周波数の差

注 1:これは、フーリエ変換されるデータのブロックの合計時間の逆数に等しい。

3.5.9

フーリエ変換

過渡振動の周波数説明

注記 1:過渡振動x ( t ) のフーリエ変換は次の式で与えられます。

mml_m17

注記 2:区間T にわたって測定された振動データx ( t ) のフーリエ変換は、次の式で与えられます。

mml_m18

どこmml_m19m は整数です。

3.5.10

フーリエ級数

サンプリングされた振動データのセットの周波数の説明

注記n n t X x where n

mml_m20

どこ
f s = 1/Δ tはサンプリング周波数です。
X ( m )周波数m /( N Δ t ) でサンプリングされます。
mは整数 (0 ≤ mN – 1) です。

3.5.11

実効値スペクトル

アンバランスなローター、ギア、転がり軸受からの振動など、正弦波、高調波、および非高調波信号の成分を定量化するために使用される振幅スペクトル

注 1: 1 周期 T の間隔にわたって測定されたデータのブロックからの、物理単位または工学単位 U, 0 ≤ nN でサンプリングされた信号x ( n ) の rms スペクトルT xxは、次のように表されます。

mml_m21

どこ
C aは振幅スケーリング係数です。
Nデータ ブロック内のサンプルの数です。
n時間のインデックスです。
Rxx周波数m /( N Δ t ) でサンプリングされます。
t時間サンプル間の時間間隔です。
mは整数 (0 ≤ mN – 1) です。

注記 2: rms スペクトルの物理単位または工学単位は U rms です。

3.5.12

パワースペクトル密度

自動スペクトル密度

ランダムな連続信号の周波数領域の記述の大きさ

注記 1:期間T の時間間隔にわたって測定されたサンプリングされたデータのブロックからのパワースペクトル密度P xxは、次の平均です。

mml_m22

注記 2:パワースペクトル密度の物理単位または工学単位は U 2/Hz です。

注記 3:パワースペクトル密度は、時間履歴によって表される物理プロセスに関係なく使用される総称です。関係する物理プロセスは、特定のデータを参照して示されます。たとえば、「加速度パワー スペクトル密度」という用語、または加速度スペクトルを説明するときにパワー スペクトル密度の代わりに「加速度スペクトル密度」という用語が使用されます。

3.5.13

エネルギースペクトル密度

過渡信号の周波数記述の大きさ

注1:​​完全な信号を含む時間間隔にわたって測定されたサンプル・データのブロックからのエネルギー・スペクトルe xx は次のとおりです。

mml_m23

注記 2:データx ( n ) がランダムなプロセスから測定された場合、前述の式の平均がとられます。

3.5.14

クロススペクトル密度

2 つの信号間の周波数領域の関係の大きさ

注記 1:エネルギースペクトル密度によって記述される信号の場合、クロススペクトルはクロスエネルギースペクトル密度e xy

mml_m24

ここで、平均はランダム信号に対して取られます。
注記 2:パワースペクトルで記述されるランダム信号の場合、クロスパワースペクトル密度はクロスパワースペクトル密度P xyです。

mml_m25

3.5.15

コヒーレンス関数

周波数領域における 2 つの信号間の関係の無次元測定

注記 1:エネルギースペクトル密度で記述される信号の場合、コヒーレンス関数γ xyは次のとおりです。

mml_m26

注記 2:パワースペクトル密度で記述される信号の場合、コヒーレンス関数γ xyは次のとおりです。

mml_m27

注記 3:コヒーレンス関数の値の範囲は 0 から 1 です。

3.5.16

統計的自由度

確率の統計的推定における独立変数の数

注記 1:自由度の数によって、推定の統計的精度が決まります。

3.5.17

エイリアスエラー

エイリアシング

ナイキスト周波数より上のスペクトル成分とナイキスト周波数より下の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

2018 年 5 月 3 日

窓関数

窓.窓

データブロックを乗算し、周波数記述の一部の特性を改善する事前定義された数学関数

注記 1:窓関数が使用される場合、振幅スケーリング定数が使用されます。

注記 2:ウィンドウ関数は、重み付けされたデータ点を処理する際のエラーを減らすために使用されます。

2019 年 5 月 3 日

振幅スケーリング係数

狭帯域信号の周波数記述の振幅を補正する窓関数から導出される定数

注記 1:振幅スケーリング係数は次のように記述できます。

mml_m28

注記 2: where w ( n ) はウィンドウ関数です。

2020年5月3日

実効ノイズ帯域幅

ノイズの周波数記述を定量化するために使用される、ウィンドウ化された信号の周波数線間の帯域幅

3.5.21

時間の歴史

時間の関数としての物理量または工学量の値のシーケンス

3.5.22

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、周波数領域のスプリアス ピーク

3.5.23

スペクトル漏れ

フーリエ変換による窓関数によって引き起こされる周波数領域のピークの広がり

3.5.24

漏れエラー

録音時間と対象の周波数の不一致によって引き起こされる周波数スペクトルの誤差

3.5.25

決定的な振動

ある時刻における瞬時値が予測できる振動

注記 1:振動は、衝撃などの既知の入力に対する応答として生成されることも、シャフト位置などの別の測定量から予測されることもあります。

3.5.26

アンサンブル

セット

時間履歴のコレクション

3.5.27

行数

表示されるスペクトル線の数

3.5.28

レコード長

<時刻歴> 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

3.5.29

定常プロセス

統計的特性が時間に関して一定であるような時刻歴の集合体

3.5.30

エルゴードプロセス

時間の経過に伴う平均をアンサンブル全体の平均に置き換えることができる統計的特性を持つ定常プロセス

注記 1: 任意の時間履歴からのこれらの時間平均は、アンサンブル全体にわたる対応する統計的平均に等しいということになります。

3.5.31

ランダムなプロセス

確率過程

統計的特性を通じて特徴付けられる時間履歴の集合体

3.5.32

自己相関関数

ある時点のデータの値と別の時点のデータの値の積の平均

注記 1:ランダム振動x ( t ) の自己相関関数r xxは、平均E です。

mml_m29

注記 2:振動が静止している場合、自己相関は時間差τのみの関数です。振動がエルゴディックである場合、時間の経過とともに平均を取ることができます。非エルゴーディックである場合、平均は統計的に独立したサンプルに対して取得されます。

3.5.33

相互相関関数

2 セットのデータx ( t ) およびy ( t ) の異なる時間における 2 つの物理量または工学量の値の積の平均、一度に 1 セットのデータの値の積の平均、および別の時点での他のデータセットの値

注記 1:ランダム振動x ( t ) とy ( t ) の相互相関関数r xyは、平均E です。

mml_m30

注記 2: 自己相関関数 (3.5.32) については注記 2 を参照。

3.5.34

正規化された自己相関関数

時間遅延がゼロの場合の自己相関関数の値に対する比率

注記 1:正規化された自己相関係数ρ xxは次のとおりです。

mml_m31

3.5.35

正規化された相互相関係数

相互相関関数と遅延時間ゼロでの自己相関積の平方根の比

注記 1:相互相関係数ρ xyは次のとおりです。

mml_m32

注記 2: 任意の遅延τにおいて、相互相関係数は −1 ≤ ρ xy ( τ ) ≤ 1 を満たします。

3.5.36

実効帯域幅

<指定されたバンドパス フィルター> 2 つのフィルターが同じホワイト ノイズ入力信号を受信したときに、通過帯域内で平坦な応答を持ち、指定されたフィルターと同じパワーを送信する理想的なフィルターの帯域幅

注記 1:実効帯域幅は、ホワイトノイズ励起に対するフィルタの平均二乗応答を、励起スペクトル密度と最大透過率の二乗の積で割ることによって測定できます。

3.5.37

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

3.5.38

信頼レベル

信頼区間または統計区間推定量に関連付けられた確率の値

3.5.39

確率

振動イベントの発生の可能性の表現

注記 1:特定のイベントの発生確率は、一般に、考慮されるすべてのタイプのイベントの発生総数に対する特定のイベントの発生数の比率として推定されます。

注記 2:定常的なランダム振動の場合、振幅が所定の振幅範囲内に収まる確率は、振動がその範囲内にある時間の総観測時間に対する比率に等しいとみなされます。

注記 3: 確率の決定には、多数の事象または長い観測時間が関与するものとする。

注記 4: 単位確率とは、特定の事象の発生が確実であることを意味する。確率がゼロということは、それが起こらないことを意味します。

注5:振動の大きさが所定の範囲内に収まる確率は、その振動の確率密度関数を所定の範囲にわたって積分した積分に等しい。 確率密度関数 (3.5.41) を参照してください。

3.5.40

確率密度

<振動理論> 指定された振動の大きさにおける、増分サイズがゼロに近づくにつれて、振動の大きさが所定の増分範囲内に収まる確率と、増分範囲のサイズとの比。

注記 1:振動量x の確率密度は次のとおりです。

mml_m33

または

mml_m34

どこ
p ( m )x m における確率密度です。
Δ × mは、大きさx m から始まる増分範囲です。
Px m )振動の大きさがx mx m + Δ x m の間の値を持つ確率です。

注記 2:確率密度p ( x ) は、 x に関する累積確率分布関数P ( x ) の導関数です (3.5.41 を参照)

注記 3:一般に、

mml_m35

そして

mml_m36

3.5.41

確率密度関数

<振動理論> 記載された振動に関連する確率密度の表現

注記 1:確率密度、正規分布、およびレイリー分布の下で与えられる関数p ( x ) は、確率密度関数です。

注記 2:確率密度分布曲線は、確率密度関数をグラフで表現したものです。確率密度曲線の下の合計面積は 1 に等しくなります。

3.5.42

信頼水準 100(1-α) % の信頼区間

統計的下限と上限によって制限される間隔

3.5.43

ボード線図

1 組の長方形のプロット。1 つは縦軸に適切な単位で振動の振幅を、横軸に適切な単位で周波数を表示し、もう 1 つは縦軸に振動の位相を度単位で表示し、もう 1 つは周波数を単位として表示します。横軸は振幅プロットと同じ単位

図 4 —ボード線図

図_4

Key

Y1変位
Y2角度 (°)
X周波数 (Hz)

注記 1:プロットは、関連する位相と振幅の動作を明確に表示するために水平周波数軸が揃うように配置されています。

注記 2:機械の評価では、水平軸として速度を使用し、大きさや位相などの対応する振動の特徴をプロットする特別なケースのボード線図が使用されることがあります。そのような使用法の 1 つは、機械の RPM の変化に応じて、フィルター処理された 1x 回転速度の振動の大きさと位相をプロットすることです。

3.5.44

ナイキストプロット

周波数範囲にわたる振動の振幅と位相を表示する正方形のプロット。振動の虚数成分が縦軸に表示され、実数成分が横軸に表示されます。

図 5 —ナイキストプロット

図_5

Key

Y虚数変位
X実変位

注 1: 周波数は、結果として得られる曲線の長さに沿って暗黙的に表示されます。

注記 2:正方形ナイキスト プロットは、曲線に沿った位相角を明確に表示します。

注 3:ナイキスト プロットは、伝達コンプライアンスなどの伝達関数を表示するのに特に役立ちます。

3.5.45

軌道プロット

1 回転にわたる回転シャフトの 2 つの垂直変位を示すプロット

注記 1:変位は近接センサーを使用して測定される場合があります。

注記 2: 3 番目のセンサーは、シャフトの角度位置に対する位相基準を確立するために使用されます。

注記 3:平均シャフト中心線プロットと軌道プロットは、故障前の故障を明らかにするシャフトのダイナミクスを示します。

3.5.46

平均シャフト中心線プロット

いくつかの周波数の平均シャフト位置を表示するプロット

注記 1:各周波数における平均シャフト中心線は、軌道プロットから決定されます。

3.5.47

カスケードプロット

滝のプロット

いくつかの周波数解析を簡単に比較した図

注記 1: これは、時間などの指定されたパラメータ値に対する、別のパラメータ (回転速度、負荷、温度、時間など) に関連する振動信号の変化を明確に示す 3 次元形式のスペクトル表示です。

3.6 状態の監視と診断に関する用語

3.6.1

ボールパス頻度、インナー

f

内輪の周波数 (BPFI)すべての転動体が内輪の欠陥を通過するときに表示されます。

注記 1: 生成される周波数は次のとおりです。

mml_m37

どこ
fはボール通過周波数 (内部) で、ヘルツ (Hz) で表されます。
f外輪の回転周波数(Hz)または回転速度(r/s)です。
f iは内輪の回転周波数 (Hz) または回転速度 (r/s) です。
Nはボールまたはローラーの数です。
Bボールまたはローラーの直径です。
Pローラーまたはボールのピッチ直径です。
ϕは接触角です。

3.6.2

ボールパス周波数、アウター

f

外輪の周波数 (BPFO)すべての転動体が外輪の欠陥を通過するときに表示されます。

注記 1:外輪が静止しているときに発生する周波数は次のとおりです。

mml_m38

どこ
f外側のボール通過周波数をヘルツ (Hz) で表します。
f外輪の回転周波数(Hz)または回転速度(r/s)です。
f iは内輪の回転周波数 (Hz) または回転速度 (r/s) です。
Nはボールまたはローラーの数です。
Bボールまたはローラーの直径です。
Pローラーまたはボールのピッチ直径です。
ϕは接触角です。

3.6.3

ボールの回転数

f

周波数 (BSF)、各回転要素が回転するときの円周周波数です。

注記 1: ボールのスピン周波数は次のとおりです。

mml_m39

どこ
f はボールのスピン周波数であり、ヘルツ (Hz) で表されます。
f外輪の回転周波数(Hz)または回転速度(r/s)です。
f iは内輪の回転周波数 (Hz) または回転速度 (r/s) です。
Nはボールまたはローラーの数です。
Bボールまたはローラーの直径です。
Pローラーまたはボールのピッチ直径です。
ϕは接触角です。

3.6.4

基本列車周波数

f AGV

周波数 (FTF)、ケージの周波数です。

注記 1: 生成される周波数は次のとおりです。

mml_m40

どこ
f AGVヘルツ (Hz) で表される基本列車周波数です。
f外輪の回転周波数(Hz)または回転速度(r/s)です。
f iは内輪の回転周波数 (Hz) または回転速度 (r/s) です。
Nはボールまたはローラーの数です。
Bボールまたはローラーの直径です。
Pローラーまたはボールのピッチ直径です。
ϕは接触角です。

注記 2:内輪と外輪の両方が回転する場合、その項は相対的な回転方向に応じて加算または減算されます。

3.6.5

プライマリベルト周波数

f b

ベルトが 1 秒間に 1 周する回数

注記 1: 周波数は次から求められます。

mml_m41

どこ
f bは主ベルト周波数であり、ヘルツ (Hz) で表されます。
dは滑車の直径であり、ミリメートル (mm) で表されます。
Sはシーブの速度であり、1 秒あたりの回転数 (r/s) で表されます。
Bベルトの長さをミリメートル (mm) で表します。

3.6.6

ジャイロモーメント

固有振動数を増減させることができる振動旋回トルクをシャフトに発生させるクロス効果

注記 1:ローター力学において、ジャイロ効果は、角運動量を持つローターの傾斜した回転シャフトの回転によって生じます。

3.6.7

曲げ振動

結果として生じるたわみによって本体内に弾性 (または塑性) 変形が生じる、本体の振動

注記 1:これは、振動系のモード形状に関係します。

注記 2: 2つの軸受 (サポート) で支持されたシャフトまたはビームにおいて、曲げ振動は、静的平衡状態におけるシャフトまたはビームの中立軸からの変位です。

3.6.8

渦巻く

ローターの個々の要素が、不均衡な力などの影響により静的たわみ線から変形するローターの動き

注記 1:静的なたわみを中心とした変形形状の動きは、シャフトの「旋回」として説明されます。

3.6.9

オイルホイップ

流体軸受の接線力の増加による、流体軸受で支持されたロータの自励振動

3.6.10

押し寄せる

システムの背圧の不安定性によるファンまたはコンプレッサー内の流体の振動運動

3.6.11

はためく

周囲のガスまたは流体の動きとの動的相互作用によって引き起こされる構造の自励振動

3.6.12

スロッシング

部分的に満たされた移動容器内の液体の自由表面振動

注記 1:部分的に充填された移動コンテナの例には、移動液体貯蔵タンク、耐震スロッシュタンク、船舶用燃料油タンクが含まれる。

3.6.13

流れによる振動

流体の流れの変動によって引き起こされる振動

表 1 —さまざまな種類の出力/入力比に使用される同等の定義

動きの表現
特性変位共振速度共鳴減衰した固有振動数
頻度mml_m42mml_m43mml_m44
変位の振幅mml_m45mml_m46mml_m47
速度の振幅mml_m48mml_m49mml_m50
加えられた力に対する変位の位相mml_m51mml_m52mml_m53
注 1 線形 1 自由度システムの場合、運動は次の式で記述できます。
どこ
t 時間です。
x は変位です。
ωは角周波数です。
F 0は加振力の大きさです。
m はシステムの質量です。
c はシステム内の減衰要素の線形 (粘性) 減衰係数です。
k はシステム内のバネの剛性です。
上式の定数による各種共振の特性は表の通りです。
注 2 に比べて小さい c の値については、 mml_m55 3 つのケースの間にはほとんど違いはありません。
速度共振時の周波数はシステムの固有振動数に等しく、電気共振には他の記号が使用されます。

参考文献

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2ISO 3534-1:2009, 統計 — 語彙と記号 — Part 1: 一般的な統計用語と確率で使用される用語
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7ISO 80000-1:2009, 数量と単位 - Part 1: 一般
8ISO 80000-2:2009, 数量と単位 - Part 2: 自然科学と技術で使用される数学的記号と記号
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10ISO 80000-4:2006, 数量と単位 - Part 4: 力学
11ISO 80000-8:2007, 数量と単位 - Part 8: 音響
12ISO 80000-9:2009, 量と単位 - Part 9: 物理化学と分子物理学
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15NIST SP 330, 国際単位系 (SI): 2008 年版

Foreword

DEPRECATED:overtone

harmonic vibration, the frequency of which is an integral multiple of the fundamental frequency

DEPRECATED:pick-up

device designed to convert energy from one form to another in such a manner that the desired characteristics of the input energy appear at the output

DEPRECATED:pick-up

transducer that is actuated by energy from a mechanical system (strain, force, motion, etc.), and supplies energy to an electrical system, or vice versa
Note 1 to entry: The principal types of transducers used in vibration and shock are:
  • a) piezoelectric accelerometer;
  • b) piezoresistive accelerometer;
  • c) strain-gauge type accelerometer;
  • d) capacitive accelerometer.
Note 2 to entry: The principal types of velocity transducer used in vibration and shock are:
  • a) electrodynamic transducer;
  • b) moving coil transducer;
  • c) moving conductor transducer;
  • d) induction transducer;
  • e) laser doppler vibrometer;
  • f) variable reluctance transducer.
Note 3 to entry: The principal types of displacement transducers are:
  • a) capacitative displacement;
  • b) linear variable differential transformer;
  • c) variable reluctance transducer;
  • d) electrostatic (capacitor) transducer;
  • e) eddy current transducer;
  • f) magnetostrictive transducer;
  • g) boonded-wire (foil) transducer.

3.4.3

seismic transducer

transducer consisting of a seismic system in which the differential movement between the mass and the base of the system produces an electrical output

Note 1 to entry: Acceleration transducers operate in a frequency range below the significant natural frequency of the seismic system. Velocity and displacement transducers operate in a frequency range above the natural frequency of the seismic system.

3.4.4

linear transducer

transducer for which the output quantity and the input quantity are linearly related within a specified set of tolerances for given ranges of frequency and amplitude

3.4.5

unilateral transducer

transducer that cannot be actuated by signals at its outputs in such a manner as to supply related signals at its inputs

3.4.6

bilateral transducer

transducer capable of transmission in either direction between its terminations

Note 1 to entry: A bilateral transducer usually satisfies the principle of reciprocity.

3.4.7

sensing element

part of a transducer that is activated by the input excitation and supplies the output signal

3.4.8

rectilinear transducer

transducer designed to be sensitive to some characteristics of a translational motion

Note 1 to entry: The modifier “rectilinear” is used only when it is necessary to distinguish this type of transducer from those sensitive to rotational motions.

3.4.9

angular transducer

transducer designed to measure some characteristic of a rotational motion

3.4.10

accelerometer

acceleration transducer

transducer that converts an input acceleration to an output (usually electrical) that is proportional to the input acceleration

3.4.11

velocity transducer

transducer that converts an input velocity to an output (usually electrical) that is proportional to the input velocity

3.4.12

displacement transducer

transducer that converts an input displacement to an output (usually electrical) that is proportional to the input displacement

3.4.13

vibrograph

instrument, usually self-contained and mechanical in operation, which can present an oscillographic recording of a vibration waveform

3.4.14

vibrometer

instrument with one or more outputs (typically voltage) that are proportional to either the displacement or velocity

3.4.15

force transducer

transducer that converts an input force to an output (usually electrical) that is proportional to the input force

3.4.16

sensitivity

<transducer> ratio of a specified output quantity to a specified input quantity

Note 1 to entry: The sensitivity of a transducer is usually determined as a function of frequency using sinusoidal excitation.

3.4.17

dynamic range

<transducer> range of values that can be measured

3.4.18

calibration factor

<transducer> average sensitivity within a specified frequency range

Note 1 to entry: See sensitivity (3.4.16) .

3.4.19

scale factor

<transducer>nominal sensitivity within a specified frequency range

3.4.20

sensitive axis

<rectilinear transducer> nominal direction for which a rectilinear transducer has the greatest sensitivity

3.4.21

transverse axis

<transducer> nominal direction perpendicular to the sensitive axis

3.4.22

transverse sensitivity

cross axis sensitivity

<rectilinear transducer> sensitivity of a transducer to excitation in a nominal direction perpendicular to its sensitive axis

Note 1 to entry: The transverse sensitivity is usually a function of the nominal direction of the axis chosen.

3.4.23

transverse sensitivity ratio

cross axis sensitivity ratio

<rectilinear transducer> ratio of the transverse sensitivity of a transducer to its sensitivity along its sensitive axis

Note 1 to entry: The transverse sensitivity ratio is sometimes expressed as a percentage.

3.4.24

transducer phase shift

phase angle between the transducer output and input for sinusoidal excitation

3.4.25

transducer distortion

distortion which occurs when the output of the transducer is not proportional to the input

3.4.26

amplitude distortion

<transducer> distortion occurring when the ratio of the output of a transducer to its input at a given frequency varies with the input amplitude

3.4.27

frequency distortion

distortion or response occurring within a given frequency range when the amplitude sensitivity of the transducer for a given amplitude of excitation is not constant over that range

3.4.28

phase distortion

distortion occurring when the phase angle between the output of a transducer and its input is not a linear function of frequency

3.4.29

run-out

measure of a shaft's deviation from a perfectly uniform radius

Note 1 to entry: Mechanical run-out is a measure of the shaft’s deviation from a perfectly uniform radius as its circumference is traversed. This can be measured by a mechanical dial indicator.

Note 2 to entry: Electrical run-out is a measure of the electrical properties of a shaft as its circumference is traversed. This is measured with a transducer that measures the electrical or magnetic properties that are not uniform.

3.5 Terms for signal processing

3.5.1

data

sampled measurements of a physical quantity

3.5.2

sampling

measurement of a varying physical quantity at a sequence of values of time, angle, revolutions or other mechanical, independent variable

Note 1 to entry: Other meanings of this term may be used in particular fields, for example in statistics.

3.5.3

sampling frequency

number of samples with respect to time for uniformly sampled data

3.5.4

sampling period

duration of time between two successive samples

3.5.5

sampling rate

number of samples with respect to time, angle, revolutions or other mechanical, independent variable for uniformly sampled data

3.5.6

Nyquist frequency

maximum usable frequency available in data taken at a given sampling rate

Note 1 to entry: The Nyquist frequency is fN = fs/2 ここで, fs is the sampling frequency.

3.5.7

sampling interval

number of physical or engineering units (e.g. time, angle, revolutions) between two successive samples

3.5.8

frequency resolution

difference of frequency between two adjacent spectral lines

Note 1 to entry: This is equal to the reciprocal of the total time of a block of data that is Fourier transformed.

3.5.9

Fourier transform

frequency description of a transient vibration

Note 1 to entry: The Fourier transform of a transient vibration x(t) is given by:

mml_m17

Note 2 to entry: The Fourier transform of vibration data x(t) measured over an interval T is given by:

mml_m18

where mml_m19 and m is an integer.

3.5.10

Fourier series

frequency description of a set of sampled vibration data

Note 1 to entry: The Fourier series X of vibration data x(n) sampled at times nΔt where 0 ≤ nN – 1 and Δt is the time interval between the samples given by:

mml_m20

where
fs = 1/Δtis the sampling frequency;
X(m)is sampled at frequencies m/(NΔt);
mis an integer (0 ≤ mN – 1).

3.5.11

rms spectrum

amplitude spectrum used to quantify the components of sinusoidal, harmonic and non-harmonic signals, such as vibrations from an unbalanced rotor, gears or rolling bearings

Note 1 to entry: The rms spectrum Rxx of a sampled signal x(n) with physical or engineering units U, 0 ≤ nN, from a block of data measured over the interval of one period T is expressed as:

mml_m21

where
Cais the amplitude scaling factor;
Nis the number of samples in the data block;
nis the index of time;
Rxxis sampled at frequencies m/(NΔt);
Δtis the time interval between time samples;
mis an integer (0 ≤ mN – 1).

Note 2 to entry: The physical or engineering units of the rms spectrum are U rms.

3.5.12

power spectral density

auto-spectral density

magnitude of the frequency domain description of random, continuous signals

Note 1 to entry: The power spectral density Pxx from blocks of sampled data measured over a time interval of duration T is the following average:

mml_m22

Note 2 to entry: The physical or engineering units of the power spectral density are U2/Hz.

Note 3 to entry: Power spectral density is a generic term used regardless of the physical process represented by the time history. The physical process involved is indicated in referring to particular data, e.g. the term “acceleration power spectral density” or the term “acceleration spectral density” is used instead of power spectral density when the acceleration spectrum is to be described.

3.5.13

energy spectral density

magnitude of the frequency description of a transient signal

Note 1 to entry: The energy spectrum exx from a block of sampled data measured over a time interval that includes the complete signal is:

mml_m23

Note 2 to entry: If the data x(n) are measured from a random process, the average of the preceding equation is taken.

3.5.14

cross spectral density

magnitude of the frequency domain relationship between the two signals

Note 1 to entry: For signals described by the energy spectral density, the cross spectrum is the cross energy spectral density exy ,

mml_m24

where an average is taken for random signals.
Note 2 to entry: For random signals described by the power spectrum, the cross power spectral density is the cross power spectral density Pxy ,

mml_m25

3.5.15

coherence function

dimensionless measure of the relationship between two signals in the frequency domain

Note 1 to entry: For signals described by energy spectral density, the coherence function γxy is:

mml_m26

Note 2 to entry: For signals described by power spectral density, the coherence function γxy is:

mml_m27

Note 3 to entry: The value of the coherence function ranges between 0 and 1.

3.5.16

statistical degrees of freedom

number of independent variables in a statistical estimate of a probability

Note 1 to entry: The number of degrees of freedom determines the statistical accuracy of an estimate.

3.5.17

aliasing error

aliasing

false representation of the spectral energy caused by the mixing of spectral components above the Nyquist frequency with those spectral components below the Nyquist frequency

3.5.18

window function

window

pre-defined mathematical function that multiplies a data block and improves some characteristics of the frequency description

Note 1 to entry: If a window function is used, an amplitude scaling constant shall be used.

Note 2 to entry: A window function is used for reducing the errors in processing weighted data points.

3.5.19

amplitude scaling factor

constant derived from window function that corrects the amplitude of the frequency description of a narrowband signal

Note 1 to entry: Amplitude scaling factor can be described as:

mml_m28

Note 2 to entry: where w(n) is the window function.

3.5.20

effective noise bandwidth

bandwidth between frequency lines for a windowed signal, to be used to quantify the frequency description of a noise

3.5.21

time history

sequence of values of a physical or engineering quantity as a function of time

3.5.22

sidelobes

spurious peaks in the frequency domain caused by the use of a finite time window with the Fourier transform

3.5.23

spectral leakage

broadening of a peak in the frequency domain caused by window function with the Fourier transform

3.5.24

leakage error

error in frequency spectrum caused by a mismatch of the recording time to the frequency of interest

3.5.25

deterministic vibration

vibration for which the instantaneous value at a certain time can be predicted

Note 1 to entry: The vibration can be produced as a response to a known input, such as an impact, or predicted from another measured quantity, such as shaft position.

3.5.26

ensemble

set

collection of time histories

3.5.27

number of lines

number of spectral lines that are displayed

3.5.28

record length

<time histories> number of data points comprising a contiguous set of sampled data points

3.5.29

stationary process

ensemble of time histories such that their statistical properties are constant with respect to time

3.5.30

ergodic process

stationary process that possesses statistical properties that permit averages over time to replace averages over ensemble

Note 1 to entry: It follows that these time averages from any time history are then equal to the corresponding statistical averages over the ensemble.

3.5.31

random process

stochastic process

ensemble of time histories that is characterized through statistical properties

3.5.32

autocorrelation function

average of the product of the data’s value at one time with its value at another time

Note 1 to entry: The autocorrelation function rxx of random vibration x(t) is the average E:

mml_m29

Note 2 to entry: If the vibration is stationary, the autocorrelation is a function only of the time difference τ. If the vibration is ergodic, the average can be taken over time. If it is non-ergodic, averages shall be taken over statistically independent samples.

3.5.33

cross-correlation function

average of the product of the values of two physical or engineering quantities at different times for two sets of data x(t) and y(t), the mean of the product of the value of one set of data at one time and the value of the other set of data at another time

Note 1 to entry: The cross-correlation function rxy of random vibrations x(t) and y(t) is the average E:

mml_m30

Note 2 to entry: See Note 2 to entry for autocorrelation function (3.5.32) .

3.5.34

normalized autocorrelation function

ratio of the autocorrelation function to its value with zero time delay

Note 1 to entry: The normalized autocorrelation coefficient ρxx is:

mml_m31

3.5.35

normalized cross-correlation coefficient

ratio of the cross-correlation function to the square root of the product of autocorrelations at zero time delay

Note 1 to entry: The cross-correlation coefficient ρxy is:

mml_m32

Note 2 to entry: At any delay τ, the cross-correlation coefficient satisfies −1 ≤ ρxy (τ) ≤ 1.

3.5.36

effective bandwidth

<specified band pass filter> bandwidth of an ideal filter which has a flat response in its passband and transmits the same power as the specified filter when the two filters receive the same white-noise input signal

Note 1 to entry: The effective bandwidth may be measured by dividing the mean-square response of the filter to white-noise excitation by the product of the excitation spectral density and the square of the maximum transmission.

3.5.37

signal bandwidth

interval over frequency between the upper and lower frequencies of interest

3.5.38

confidence level

value of the probability associated with a confidence interval or a statistical interval estimator

3.5.39

probability

expression of the likelihood of occurrence of a vibration event

Note 1 to entry: The probability of occurrence of a particular event is generally estimated as the ratio of the number of occurrences of the particular event to the total number of occurrences of all types of events considered.

Note 2 to entry: For a stationary random vibration, the probability that the magnitude will be within a given magnitude range is taken to be equal to the ratio of the time that the vibration is within that range to the total time of observation.

Note 3 to entry: A large number of events or a long observation time shall be involved in the probability determinations.

Note 4 to entry: A unit probability means that the occurrence of a particular event is certain. Zero probability means that it will not occur.

Note 5 to entry: The probability that the magnitude of a vibration will be within a given range is equal to the integral of the probability density function of that vibration integrated over the given range. See probability density function (3.5.41) .

3.5.40

probability density

<vibration theory> ratio, at a specified vibration magnitude, of the probability that the vibration magnitude will be within a given incremental range, to the size of the incremental range, as the increment size approaches zero

Note 1 to entry: The probability density of vibration quantity x is:

mml_m33

or

mml_m34

where
p(xm )is the probability density at xm ;
Δxmis an incremental range of magnitude beginning at a magnitude xm ;
Pxm )is the probability that the vibration magnitude will have a value between xm and xm + Δxm .

Note 2 to entry: The probability density, p(x), is the derivative of the cumulative probability distribution function, P(x), with respect to x (see 3.5.41).

Note 3 to entry: In general,

mml_m35

and

mml_m36

3.5.41

probability density function

<vibration theory> expression of the probability density associated with a stated vibration

Note 1 to entry: The functions p(x) given under probability density, normal distribution and Rayleigh distribution are probability density functions.

Note 2 to entry: The probability density distribution curve is a graphical representation of the probability density function. The total area under the probability density curve is equal to unity.

3.5.42

confidence interval with confidence level 100(1-α) %

interval bounded by a lower and upper statistical limit

3.5.43

Bode plot

pair of rectangular plots, one displaying the amplitude of the vibration on the vertical axis with appropriate units and frequency on the horizontal axis with appropriate units, and the other displaying the phase of the vibration on the vertical axis with units of degrees and frequency on the horizontal axis with the same units as those in the amplitude plot

Figure 4 — Bode plot

Figure_4

Key

Y1displacement
Y2angle (°)
Xfrequency (Hz)

Note 1 to entry: The plots are placed so that the horizontal frequency axes are aligned to clearly display related phase and amplitude behaviour.

Note 2 to entry: In machinery assessment, a special case of the Bode plot is sometimes used which uses speed as the horizontal axis and plots corresponding vibration features such as magnitude and phase. One such use is to plot the filtered 1x turning speed vibration magnitude and phase as the machine RPM changes.

3.5.44

Nyquist plot

square plot that displays the amplitude and phase of a vibration over a range of frequencies with the imaginary components of the vibration are displayed on the vertical axis and the real components on the horizontal axis

Figure 5 — Nyquist plot

Figure_5

Key

Yimaginary displacement
Xreal displacement

Note 1 to entry: Frequency is implicitly displayed along the length of the resulting curve.

Note 2 to entry: Square Nyquist plots clearly display the phase angle along the curve.

Note 3 to entry: The Nyquist plot is particularly useful for displaying transfer functions, such as transfer compliance.

3.5.45

orbit plot

plot displaying two perpendicular displacements of a rotating shaft over one rotation

Note 1 to entry: The displacements are sometimes measured with proximity sensors.

Note 2 to entry: A third sensor is used to establish a phase reference to the angular position of the shaft.

Note 3 to entry: The average shaft centerline plot and orbit plot indicate shaft dynamics that reveal malfunctions before failure.

3.5.46

average shaft centreline plot

plot displaying the average shaft position for several frequencies

Note 1 to entry: The average shaft centerline at each frequency is determined from the orbit plot.

3.5.47

cascade plot

waterfall plot

diagram that provides a simple comparison of several frequency analyses

Note 1 to entry: It is a three-dimensional form of spectra display that clearly shows vibration signal changes related to another parameter (such as rotational speed, load, temperature, time) taken for specified parameter values, such as time.

3.6 Terms for condition monitoring and diagnostics

3.6.1

ball pass frequency, inner

fBPFI

frequency of the inner race (BPFI), which appears when all the rolling elements pass on a defect on the inner race

Note 1 to entry: The frequency generated is:

mml_m37

where
fBPFIis the ball pass frequency, inner, expressed in hertz (Hz);
fois the outer race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
fiis the inner race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
Nis the number of balls or rollers;
Bis the diameter of ball or roller;
Pis the pitch diameter of rollers or balls;
ϕis the contact angle.

3.6.2

ball pass frequency, outer

fBPFO

frequency of the outer race (BPFO), which appears when all the rolling elements pass on a defect on the outer race

Note 1 to entry: The frequency generated when the outer race is stationary is:

mml_m38

where
fBPFOis the ball pass frequency, outer, expressed in hertz (Hz);
fois the outer race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
fiis the inner race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
Nis the number of balls or rollers;
Bis the diameter of ball or roller;
Pis the pitch diameter of rollers or balls;
ϕis the contact angle.

3.6.3

ball spin frequency

fBSF

frequency (BSF), which is the circular frequency of each rolling element as it spins

Note 1 to entry: The ball spin frequency is:

mml_m39

where
fBSFis the ball spin frequency, expressed in hertz (Hz);
fois the outer race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
fiis the inner race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
Nis the number of balls or rollers;
Bis the diameter of ball or roller;
Pis the pitch diameter of rollers or balls;
ϕis the contact angle.

3.6.4

fundamental train frequency

fFTF

frequency (FTF), which is the frequency of the cage

Note 1 to entry: The frequency generated is:

mml_m40

where
fFTFis the fundamental train frequency, expressed in hertz (Hz);
fois the outer race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
fiis the inner race rotational frequency (Hz) or rotational speed (r/s);
Nis the number of balls or rollers;
Bis the diameter of ball or roller;
Pis the pitch diameter of rollers or balls;
ϕis the contact angle.

Note 2 to entry: If both the inner and outer races rotate, the terms are additive or subtractive depending on the relative rotational direction.

3.6.5

primary belt frequency

fb

number of times per second that a belt makes one complete circuit

Note 1 to entry: The frequency is found from:

mml_m41

where
fbis the primary belt frequency, expressed in hertz (Hz);
dsis the sheave diameter, expressed in millimetres (mm);
Sis the speed of the sheave, expressed in revolutions per second (r/s);
Blis the belt length, expressed in millimetres (mm).

3.6.6

gyroscopic moment

cross effect which yields a vibratory whirling torque on a shaft that can increase or decrease natural frequencies

Note 1 to entry: In rotor dynamics, the gyroscopic effect results from the whirling of an inclined spinning shaft of a rotor having angular momentum.

3.6.7

flexural vibration

vibration of a body in which the resultant deflections cause elastic (or plastic) deformation within the body

Note 1 to entry: It is related to the mode shape of a vibrating system.

Note 2 to entry: In a shaft or beam supported by two bearings (supports), the flexural vibration is the displacement of the neutral axis of the shaft or beam from that in the static equilibrium condition.

3.6.8

whirling

motion of a rotor in which individual elements of the rotor are deformed from the static deflection line due to the influence of, for example, unbalanced forces

Note 1 to entry: The motion of the deformed shape about the static deflection is described as “whirling” of the shaft.

3.6.9

oil whip

self-excited vibration of a rotor supported by fluid bearings due to an increase in tangential force of the fluid bearings

3.6.10

surging

vibratory movement of fluid in fans or compressors due to the system back pressure instability

3.6.11

flutter

self-excited vibration of a structure caused by the dynamic interaction with motion of the surrounding gas or fluid

3.6.12

sloshing

free surface oscillation of liquid in a partly filled moving container

Note 1 to entry: Examples of partly filled moving containers include mobile liquid storage tanks, seismic slosh tanks and marine fuel oil tanks.

3.6.13

flow induced vibration

vibration induced by fluid flow fluctuations

Table 1 — Equivalent definitions to be used for various kinds of output/input ratios

Motion expressed
CharacteristicDisplacement resonanceVelocity resonanceDamped natural frequency
Frequencymml_m42mml_m43mml_m44
Amplitude of displacementmml_m45mml_m46mml_m47
Amplitude of velocitymml_m48mml_m49mml_m50
Phase of displacement with reference to applied forcemml_m51mml_m52mml_m53
NOTE 1 In the case of a linear single-degree-of-freedom system, the motion can be described by the formula
where
t is the time;
x is the displacement;
ω is the angular frequency;
F0 is the magnitude of the exciting force;
m is the mass of the system;
c is the coefficient of linear (viscous) damping of the damping element in the system;
k is the stiffness of the spring in the system.
The characteristics of the different kinds of resonance in terms of the constants of the above formula are as given in the table.
NOTE 2 For values of c which are small compared with mml_m55 there is little difference between the three cases.
The frequency at velocity resonance is equal to the natural frequency of the system. Other symbols are employed for electrical resonance.

Bibliography

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2ISO 3534-1:2009, Statistics — Vocabulary and Symbols — Part 1: General statistical terms and terms used in probability
3ISO 5805, Mechanical vibration and shock — Human exposure — Vocabulary
4ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary
5ISO 15261, Vibration and shock generating systems — Vocabulary
6ISO 18431-1, Mechanical vibration and shock — Signal processing — Part 1: General introduction
7ISO 80000-1:2009, Quantities and units — Part 1: General
8ISO 80000-2:2009, Quantities and units — Part 2: Mathematical signs and symbols to be used in the natural sciences and technology
9ISO 80000-3:2006, Quantities and units — Part 3: Space and time
10ISO 80000-4:2006, Quantities and units — Part 4: Mechanics
11ISO 80000-8:2007, Quantities and units — Part 8: Acoustics
12ISO 80000-9:2009, Quantities and units — Part 9: Physical chemistry and molecular physics
13IEC 60027-3:2011, Letter symbols to be used in electrical technology — Part 3: Logarithmic and3related quantities, and their units
14IEC 60050-801, International Electrotechnical Vocabulary — Chapter 801: Acoustics and electroacoustics
15NIST SP 330, The International System of Units (SI): 2008 edition