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生産システムの異常診断入門System Check

第40回 スペクトル関数

測定時系列データy(t)が周期Tの連続周期関数である場合、y(t)は
フーリエ級数展開され、離散値周期関数の場合には離散値フーリエ変換
(Discrete Fourier Transform,略してDFT)が適用される。
これらの変換、逆変換の公式と時間関数、スペクトル関数の性質を表7・1に示す。

測定された時系列データを数値的にフーリエ変換する場合、もとの時系列データが
連続・非周期であっても、このデータを離散値・周期関数と仮定して表7・1(3)の
DFTで計算することがほとんどで、DFTは広く利用されている。

DFTの計算機処理速度を大幅に速くした高速フーリエ変換
(Fast Fourier Transform、略してFFT)のFORTRANプログラムリスト、
使用法を図7・2に示す。)
FFTはDFTと同じ公式を利用しているので、非周期連続データへの
適用はあくまでも近似であることに注意を要する。

非周期性データの一部を採取して周期データとみなすことによる
誤差はウィンドウ技術で補正できる。
連続性を離散値的とみなすことによる誤差はエリアシング(aliasing)
と呼ばれ、適当なサンプル間隔を選んだりサンプルされたデータの内挿で
補正することができる。

詳細はFFTの専門書にゆずる。

測定値y(t)をFFTで近似的にフーリエ変換すると、y(t)の中の周期的特徴は
数少ないパラメータとしてとらえることができる。

【例7・1】 スペクトル関数

測定データy(t)があり,これを図7・3(a)に示す。このデータは連続
周期関数であることよりフーリエ級数展開が適用できる。フーリエ級数展
開しスペクトル関数を求め、この絶対値を求めると図7・3(b)のように
なる。これより、周波数、振幅がそれぞれ

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の3振動波形の合成波形であることがわかる。よって、図7・3(a)の測定
値は以上の3振動成分によって特徴づけられる。

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