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ランダム振動でパワースペクトル密度がありますが、これをサイン振動における加速度に換算することはできますでしょうか?
パワースペクトル密度で示された振動が、どれくらいのレベルの振動なのか直感的に理解できず、このように考えました。
または、なにか近似して考える方法はありますでしょうか?

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A 回答 (4件)

 A=(PSD*B)^(1/2)


     A:振幅[m]
     PSD:パワースペクトル密度[G^2/Hz]
     B:バンド幅[Hz]

計算方法は上記のものでよいと思います。

>なお、Aは全振幅(複振幅)と理解しております。

これは表示上の問題なので、どちらか判断できません。私は通常片振幅(0-p)で利用しています。

Gかm/s^2かは計測条件により変わりますので、どちらか判断できません。単純に係数だけの問題ですし。
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>パワースペクトル密度の単位は、[G^2/Hz]でしょうか、[(m/s^2)^2/Hz]でしょうか?



どういうデータを入力したかによります。
一般に加速度のセンサー信号は電圧です。

FFTアナライザーをご使用のことと思いますが、通常パワースペクトルは電圧の2乗となります。

電圧を加速度(m/sec^2またはGなど)にするには、定数をかけてやる必要があり、アナライザーの設定にそのようなものがあるはずです。
そこの設定により変わります。1が入っていたら電圧のままです。
その係数は使用したセンサーにより変わりますので、センサーのマニュアルなどでご確認ください。
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この回答へのお礼

FFTアナライザーやセンサーに関して無知ですみません。
実際に試験データがあるわけでもなく、振動条件があるだけです。

>パワースペクトル密度にバンド幅をかけてやれば、パワースペクトルになり、それの平方根をとるといわゆる振幅に換算できると思います。

とのご意見から、次式の解釈でよろしいでしょうか?
   A=(PSD*B)^(1/2)
     A:振幅[m]
     PSD:パワースペクトル密度[G^2/Hz]
     B:バンド幅[Hz]
なお、Aは全振幅(複振幅)と理解しております。

お礼日時:2008/01/19 17:51

#1です。



訂正です。
(誤)サンプリング時間の異なる
(正)周波数分解能の異なる

サンプリング周波数やサンプル数が異なると周波数分解能は異なります。
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パワースペクトル密度はサンプリング時間の異なる計測結果同士を比較しやすいように、バンド幅で基準化してやって、1Hzあたりのパワースペクトルを表示しています。


http://www.onosokki.co.jp/HP-WK/c_support/faq/cf …

パワースペクトル密度にバンド幅をかけてやれば、パワースペクトルになり、それの平方根をとるといわゆる振幅に換算できると思います。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
早速計算をしてみますが、質問よろしいでしょうか?
この計算で、パワースペクトル密度の単位は、[G^2/Hz]でしょうか、
[(m/s^2)^2/Hz]でしょうか?
よろしくお願いします。

お礼日時:2008/01/18 15:05

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また、FFTとPSDはどういう違いが有るのでしょうか?
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どなたか、わかりやすく教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

一般に加速度センサー信号の出力は電圧です。

縦軸は係数をかけていない状態では#1さんがおっしゃるように計測した電圧の値を示しています。

よって、縦軸に物理的な意味を持たせるのには、電圧と加速度の間の換算係数をかけてやる必要があります。

フーリエ解析は時刻歴波形は正弦波の組み合わせで構成されるという仮定の下で計算を行っています。FFTの結果は横軸で示される周波数の正弦波の振幅を示しています。
電圧と加速度の換算係数をかけてやると、FFTの縦軸はその周波数成分を持つ加速度振幅を示しています。

ここで1つ問題があります。FFTはサンプリング周波数により分解能が変わります。FFTによる周波数分析は正確にいうと、離散値なので、ジャストの周波数のもをだけを表しているのではなく、ある範囲の周波数範囲にある成分を表しています。
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これでは分解能が異なるデータ同士は比較できないなどの問題が生じます。
そのため、周波数幅で振幅を基準化して、1Hzあたりの振幅としたものがPSDです。
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一般に加速度センサー信号の出力は電圧です。

縦軸は係数をかけていない状態では#1さんがおっしゃるように計測した電圧の値を示しています。

よって、縦軸に物理的な意味を持たせるのには、電圧と加速度の間の換算係数をかけてやる必要があります。

フーリエ解析は時刻歴波形は正弦波の組み合わせで構成されるという仮定の下で計算を行っています。FFTの結果は横軸で示される周波数の正弦波の振幅を示しています。
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一方,|x(t)|の全時間範囲に渡る積分値が存在するのなら,x(t)はフーリエ変換可能ですが,そのx(t)のフーリエ変換X(f)の絶対値の2乗|X(f)|^2を全周波数範囲(-無限大<f<無限大)に渡って積分したものは,実はx(t)の全エネルギーになるという有名な定理(Parsevalの定理)があります.

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スペクトルとは、独立な成分それぞれについての強さをグラフにしたものです。
光の場合、光の種類を色で分類する事ができます。光といっても、その中に青はどれくらい、オレンジはどれくらいとそれぞれの色に応じて強さがあります。
光をそれぞれに分ける方法は、たとえばプリズムがあって、光をプリズムに通すといろいろな色にわかれてみえます。

ニュートンはプリズムを使った実験で有名です。一つ目のプリズムで光を分光し、赤と青の光を残して他の光を遮り、赤と青を二つ目のプリズムやレンズで一つにまとめました。その後でもう一度プリズムを通すと、いったんまとめたのにやはり赤と青しかでてこないのです。これから光の色の独立性(赤や青は、混ざらないものとして独立に扱って良い、ということ)がわかります。

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QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Q加速度と振動数から振幅を算出

最大加速度と振動数から最大振幅を出すには
m:質量、a:加速度、k:バネ値、y:振幅
w:角速度、f:振動数
として、運動方程式から

ma=ky
y=ma/k
ここでk/m=w^2なので
y=a/w^2
ここでw=2πfなので
y=a/(4*(πf)^2)

で合ってますでしょうか。

Aベストアンサー

単振動のようなものでしたら加速速度と変位の関係は、
加速度は変位を2階微分したもの、変位は加速度を2階積分したものなので、

加速度振幅=変位振幅×角振動数の2乗
変位振幅=加速度振幅/角振動数の2乗

ですので、あっていると思います。

Q伝達関数

-20dB/decadeとー6dB/octaveとはどのような意味なのでしょうか?解説もしくは参考URL等を教えていただけたらありがたいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

decade っていうのかなぁ? まあ, octave は聞くと思うんだけど....
decade は 10倍, octave は 2倍の意味. つまり, 「周波数が 10倍になるとゲインが -20dB (= 1/10 でいいかな) になる」とか「周波数が 2倍になるとゲインが -6dB (=1/2 でいいかな) になる」という意味.

Q振動の単位 dB→m/s2に換算できますか?

振動計をリースしたのですが、単位がdBでした。
加速度m/s2に換算したくて、いろいろ調べたのですが分かりません。
どうぞ、教えてください。

Aベストアンサー

参考程度に

振動計は基準振動周波数foに対して計測の振動周波数fxを対数表示しているのでは。
20*log(fx/fo) :単位はdB ですね。
詳しくは測定器の仕様書に書いていると思いますが。
加速度計とは別のものですね。加速度計測には加速度計がありますね。
振動計で加速度を求めるというのなら、時間に対して瞬時振動表示を瞬時周波数に変換して、時間変分に対して周波数や周波数換算の変移量を出して、時間変化量を計算すれば加速度の見積もりはできそうですね。

Qエクセル STDEVとSTDEVPの違い

エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
では、STDEVとSTDEVPの違いは何なのでしょうか?統計のことは疎く、お手数ですが、サルにもわかるようご教授頂きたく、お願い致します。

Aベストアンサー

データが母集団そのものからとったか、標本データかで違います。また母集団そのものだったとしても(例えばクラス全員というような)、その背景にさらならる母集団(例えば学年全体)を想定して比較するような時もありますので、その場合は標本となります。
で標本データの時はSTDEVを使って、母集団の時はSTDEVPをつかうことになります。
公式の違いは分母がn-1(STDEV)かn(STDEVP)かの違いしかありません。まぁ感覚的に理解するなら、分母がn-1になるということはそれだけ結果が大きくなるわけで、つまりそれだけのりしろを多くもって推測に当たるというようなことになります。
AとBの違いがあるかないかという推測をする時、通常は標本同士の検証になるわけですので、偏差を余裕をもってわざとちょっと大きめに見るということで、それだけ確証の度合いを上げるというわけです。

Q樹脂材料の曲げ弾性率について

先日、仕事の関係でプラスチックのスナップフィット
(プラスチック部品の一方と他方がパチンとはまる
爪形状です。プラモデルにもよくあると思います。)
の荷重計算をしようとしました。
その爪形状には大きなテーパがついており、
根元が太く先細だったので、
単純な梁の公式では計算できずに
excelマクロによる数値積分で
梁の曲げ微分方程式(d^2y/dx^2=-M/EI)を
解こうとしました。
-------------------------------------
一応できたので、早速荷重を計算して実測値と
照らし合わせてみようとしたのですが、
材料のヤング率(縦弾性係数)を知らないことに
気づきました。
同僚に聞いてみたところ、「曲げ弾性率」というのは
材料の仕様書に載っていると教えてくれました。
職場にある材料便覧を見ても「曲げ弾性率」は
載っていました。
この「曲げ弾性率」はヤング率(縦弾性係数)と
同じなのでしょうか。それとも違うのでしょうか。
もし違う場合、ヤング率(縦弾性係数)は
どのようにして調べるべきなのでしょうか。
似たような経験がある方がいましたら
お手数ですがご教示願います。

先日、仕事の関係でプラスチックのスナップフィット
(プラスチック部品の一方と他方がパチンとはまる
爪形状です。プラモデルにもよくあると思います。)
の荷重計算をしようとしました。
その爪形状には大きなテーパがついており、
根元が太く先細だったので、
単純な梁の公式では計算できずに
excelマクロによる数値積分で
梁の曲げ微分方程式(d^2y/dx^2=-M/EI)を
解こうとしました。
-------------------------------------
一応できたので、早速荷重を計算して実測値と
照らし合わせてみようとし...続きを読む

Aベストアンサー

結果から言うと,Eに曲げ弾性率を代入しても問題ないと思います.

引張弾性率と曲げ弾性率は測定方法が異なりますので,物性のもつ意味は違います.引張りの場合(丸棒を引っ張るようなケースです),材料内部はすべて引張応力になりますよね.

しかし,曲げの場合(板を曲げるようなケース)では,ふくらんでる面には引張応力,へこんでる面には圧縮応力がかかります.このため,例えば引張弾性率と圧縮弾性率が異なるような材料では,引張弾性率と曲げ弾性率は違ってきます.

また,少し専門的になりますが,曲げのかかる部材には,引張・圧縮応力の他に,せん断応力もかかっています.これらの効果が総合的に寄与してくるため,引張弾性率と曲げ弾性率は,「意味合いとしては」異なる物性値です.

しかし,ごく一般的なプラスチックであれば,引張弾性率と曲げ弾性率はほぼ同じ値になります.
下記などにデータが出ていますが,恐らくほぼ同等か,曲げ弾性率の方が10%程度低い値になっていると思います.
http://www.m-ep.co.jp/mep-j/tech/index.htm
http://www.mrc.co.jp/acrypet/04tech_01.html

カタログデータに曲げ試験が多い理由は,試験が簡単だからです.薄い平板の試験片が使えますからね(チューイングガムのような形状です).それに対し,引張試験では,試験片を「つかむ部分」の加工が難しく,やや複雑な形状になってしまいます.

というわけで,プラスチックの分野では,曲げ弾性率を測定して,これをEとして代用するケースが多いと思います.

ただし,圧縮やせん断弾性率が引張と極端に違う材料・・・たとえば,ガラス繊維で一方向強化したような異方性材料では,曲げ弾性率とヤング率は大きく異なります.

あと,蛇足になりますが・・・
曲げ弾性率=曲げ応力/曲げひずみ
とありますけど,前述の通り,曲げ応力や曲げひずみは一定値ではありませんので注意が必要ですね.材料内部で分布をもっています(ここが引張と違うところ).

通常は,曲げスパンL,破断荷重P,試験片幅b,厚さh,たわみxなどを用いて,
E=(P・L^3)/(4・b・h^3・x)
のような式で求めます.試験方法によっても式が違ってきますので,材料力学の教科書をお読み下さい.

結果から言うと,Eに曲げ弾性率を代入しても問題ないと思います.

引張弾性率と曲げ弾性率は測定方法が異なりますので,物性のもつ意味は違います.引張りの場合(丸棒を引っ張るようなケースです),材料内部はすべて引張応力になりますよね.

しかし,曲げの場合(板を曲げるようなケース)では,ふくらんでる面には引張応力,へこんでる面には圧縮応力がかかります.このため,例えば引張弾性率と圧縮弾性率が異なるような材料では,引張弾性率と曲げ弾性率は違ってきます.

また,少し専門的になりま...続きを読む


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