(57)【要約】【課題】衝撃応答スペクトルが現れる時間の差の短い、衝撃応答スペクトル試験に使用される衝撃波形を合成する方法に関する。【解決手段】衝撃応答スペクトルが現れる時間の差が短い衝撃波形の合成方法は、衝撃応答スペクトル試験において、それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力として固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃応答スペクトル試験において、
それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力として固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、
前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、
を含むことを特徴とする衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項２】
前記複数のウェーブレットの半波の個数が設定される段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項３】
前記複数のウェーブレットの加速度振幅を設定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１及び２に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項４】
前記複数のウェーブレットの半波の個数を設定する方法は、
ウェーブレット周波数が１，０００Ｈｚ未満である時は５個に設定し、１，０００Ｈｚ以上である時は７個に設定することを特徴とする請求項３に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項５】
前記複数のウェーブレット加速度振幅を設定する方法は、
特定の時間区間を決め、前記時間区間内で絶対値最大値を求めることで前記複数のウェーブレット加速度振幅を調節することを特徴とする請求項３に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項６】
のこぎり波または半正弦波衝撃試験規格で、衝撃応答スペクトル試験規格を作成してウェーブレットを構成要素波形として利用して衝撃波形を合成する方法において、
衝撃応答スペクトル試験規格の固有周波数の範囲が特定範囲に設定され、複数の前記ウェーブレットの遅延時間及び半波の個数が設定されたことを特徴とする衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項７】
前記特定範囲は、１０〜２，０００Ｈｚであることを特徴とする請求項６に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項８】
前記複数のウェーブレットの加速度振幅がさらに設定されることを特徴とする請求項６に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項９】
前記複数のウェーブレットの加速度振幅を設定する方法は、
制限時間衝撃応答スペクトルを求めて特定の時間区間を決め、該区間内で絶対値最大値を求めて前記複数のウェーブレットの加速度振幅を設定することを特徴とする請求項８に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項１０】
前記半波の個数は、ウェーブレット周波数が１，０００Ｈｚ未満である時に５個に設定され、１，０００Ｈｚ以上である時に７個に設定されることを特徴とする請求項６に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項１１】
前記遅延時間は、
それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力として固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、
前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、を含んで求められることを特徴とする請求項６に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法。
【請求項１２】
合成された衝撃波形の衝撃応答スペクトル及び衝撃応答内訳を求めるのに使用される単位パルスデジタルフィルタにおいて、
前記単位パルスデジタルフィルタの差分方程式の係数に、Ｐ1とＰ2の係数が含まれることを特徴とする単位パルスデジタルフィルタ。
【請求項１３】
合成された衝撃波形の衝撃応答スペクトル及び衝撃応答内訳を求めるのに使用される単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタにおいて、
前記単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタの差分方程式の係数がａ1、ｂ0、ｂ1、ｂ2であることを特徴とする単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃応答スペクトル試験で使用される衝撃波形を合成する方法に関し、特に、衝撃応答スペクトル(shock response spectrum)が現れる時間の差の短い衝撃波形を合成する方法(Waveform synthesis methods for shock response spectrum over a short time interval)に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境試験で衝撃試験は、試験対象が寿命周期の間に受ける衝撃による物理的または機能的性能に対する影響を評価するために遂行される。前記衝撃試験は、波形の形態を規定する半正弦波、のこぎり波などの古典的衝撃試験と衝撃応答スペクトル試験に区別され、前記衝撃応答スペクトル試験は、波形の形態を規定せずに均一の試験結果を得ることができるという長所がある。
【０００３】
前記衝撃応答スペクトルとは、 入力波形に対してそれぞれの１自由度システム(single degree of freedom)に対する応答を描いたもので、ここで、応答とは、応答内訳で絶対値の最大値(maximax)を示す。衝撃応答スペクトル試験規格で要求する衝撃応答スペクトルを満足する波形の形態は、理論的に無数に多い。前記衝撃応答スペクトル試験は、加震機(shaker)を利用する。
【０００４】
図１７は、衝撃応答スペクトル試験を遂行するための加震機の体系を示す概略図である。
【０００５】
図１７に示すように、加震機の体系は、制御システム１及び増幅器２を備え、加震機３と試験対象６との間に固定具(fixture)５があり、試験対象６が固定具５と結合された地点に加速度計４が取り付けられている。
【０００６】
一般的に、試験対象６に衝撃が印加されると、印加された衝撃波形の周波数成分によって、また、衝撃が印加される間またはその以後に試験対象６内の部品の共振周波数(固有周波数)によって、試験対象６の応答が変わる。前記応答は、試験対象６内の部品の間の摩擦の増減または相互干渉などを発生させることによって、前記試験対象６の破損または故障の原因になる。衝撃応答スペクトル試験で、与えられた衝撃応答スペクトルを満足する波形の形態は多様である。しかしながら、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０Ｆ(２０００年１月にＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０Ｅから改正された。)では、有効衝撃持続時間
2006133210.tif 000003
を新しく定義し、一定の要件を要求している。前記一定の要件には、衝撃応答スペクトルを満足すべきで、且つ、決まった有効衝撃持続時間が守られるべきであり、決まった有効衝撃持続時間を守れない衝撃波形であると、即ち、衝撃持続時間が決まった有効衝撃持続時間より２０％長い衝撃波形であると、多少の折衝(妥協)を提示している。
【０００７】
即ち、第１に、試験対象が低い周波数でモーダル応答(modal response)が衝撃応答スペクトルに及ぼす影響が大きくない場合は、１番目のモードの周波数より１オクターブが低い固有周波数から始めることができ、このときは、衝撃持続時間が守られるべきで、低い固有周波数部分の衝撃応答スペクトルは許容誤差を無視する。第２に、試験対象が低い周波数でモーダル応答が衝撃応答スペクトルに及ぼす影響が大きい場合、衝撃持続時間が許容誤差を外れることがあるが、
2006133210.tif 000004
より小さいべきで、低い固有周波数部分の衝撃応答スペクトルを満足するために衝撃持続時間が
2006133210.tif 000005
より大きいべきである場合は、新しい手順(procedure)を利用すべきであると記述している。前記有効衝撃持続時間の要求は、部品間の相互干渉に対して充分の試験が実施されるようにするためである。しかしながら、従来の衝撃波形の合成方法は、決まった有効衝撃持続時間の要求を満足せず、即ち、決まった有効 衝撃持続時間よりはるかに長い衝撃波形によって、部品間の相互干渉による損傷 または誤動作を十分に試験することができないという問題点があった。
【０００８】
また、デジタルフィルタ技術を利用して１自由度システムで衝撃応答内訳を計算する既存の方法は、サンプリング周波数が分析しようとする固有周波数よりはるかに大きい場合、１自由度システムで衝撃応答内訳を計算するのには問題がないが、過度現象が含まれた不必要なデータを除去するために衝撃応答内訳を計算する既存の方法を逆に使用するのには不安定であるため、不適合であるという問題点があった。
【０００９】
また、プレロード(pre-load)及びポストロード(post-load)パルスを有するのこぎり波または半正弦波の古典的衝撃試験で速度あるいは変位の尖頭値を容易に減らすことができる方法がないため、加震機で許容する範囲を超過する場合は、試験隨行が不可能になるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、試験対象内の部品間の相互干渉を増加させることで前記相互干渉によって発生される損傷または誤作動に対して充分の衝撃試験を実施し得るように、衝撃応答スペクトルが現れる時間の差の短い衝撃波形を合成する方法と、本発明による衝撃波形の合成に必要な衝撃応答内訳を求める単位パルスデジタルフィルタと、前記単位パルスデジタルフィルタを逆に使用して過度現象が含まれた不必要なデータを除去する単位パルスデジタル逆フィルタを提供することにあるある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、プレロード(pre-load)及びポストロード(post-load)パルスを有するのこぎり波または半正弦波の古典的衝撃試験で、速度または変位の尖頭値が加震機で許容する範囲を超過する場合、別途の条件を付与することで常用加震機で許容する範囲の速度または変位の尖頭値を有する波形の合成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明による衝撃応答スペクトルが現れる時間の差が短い衝撃波形の合成方法は、衝撃応答スペクトル試験において、それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力として固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明による衝撃応答スペクトルが現れる時間の差が短い衝撃波形の合成方法に利用される衝撃応答内訳を求める単位パルスデジタルフィルタは、前記単位パルスデジタルフィルタの差分方程式の係数に、Ｐ1とＰ2の係数を有することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、本発明は、
「衝撃応答スペクトル試験において、
それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力として固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、
前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、
を含むことを特徴とする衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法」
であるが、これには、
「前記複数のウェーブレットの半波の個数が設定される段階をさらに含むこと」
ともなされるし、また、
「前記複数のウェーブレットの加速度振幅を設定する段階をさらに含むこと」
ともなされ、さらに、
「前記複数のウェーブレットの半波の個数を設定する方法は、
ウェーブレット周波数が１，０００Ｈｚ未満である時は５個に設定し、１，０００Ｈｚ以上である時は７個に設定すること」
ともなされるものである。
【００１５】
また、本発明は、
「のこぎり波または半正弦波衝撃試験規格で、衝撃応答スペクトル試験規格を作成してウェーブレットを構成要素波形として利用して衝撃波形を合成する方法において、
衝撃応答スペクトル試験規格の固有周波数の範囲が特定範囲に設定され、複数の前記ウェーブレットの遅延時間及び半波の個数が設定されたことを特徴とする衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法」
であり、
「前記特定範囲は、１０〜２，０００Ｈｚであること」
ともなされ、さらに、
「前記複数のウェーブレットの加速度振幅がさらに設定されること」
ともなされ、そして、
「前記複数のウェーブレットの加速度振幅を設定する方法は、
制限時間衝撃応答スペクトルを求めて特定の時間区間を決め、該区間内で絶対値最大値を求めて前記複数のウェーブレットの加速度振幅を設定すること」
ともなされ、さらには、
「前記半波の個数は、ウェーブレット周波数が１，０００Ｈｚ未満である時に５個に設定され、１，０００Ｈｚ以上である時に７個に設定されること」
ともなされる。しかも、本発明は、
「前記遅延時間は、
それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力として固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、
前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、を含んで求められることを特徴とする請求項６に記載の衝撃応答スペクトル試験のための衝撃波形の合成方法」
ともなされるものである。
【００１６】
さらに、本発明は、
「合成された衝撃波形の衝撃応答スペクトル及び衝撃応答内訳を求めるのに使用される単位パルスデジタルフィルタにおいて、
前記単位パルスデジタルフィルタの差分方程式の係数に、Ｐ1とＰ2の係数が含まれることを特徴とする単位パルスデジタルフィルタ」
であり、
「合成された衝撃波形の衝撃応答スペクトル及び衝撃応答内訳を求めるのに使用される単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタにおいて、
前記単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタの差分方程式の係数がａ1、ｂ0、ｂ1、ｂ2であることを特徴とする単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタ」
でもある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、試験対象内の部品間の相互干渉を増加させることで、前記相互干渉によって発生する損傷または誤作動に対して充分の衝撃試験を実施することができ、本発明による衝撃波形の合成に必要な衝撃応答内訳を求めることができ、過度現象が含まれた不必要なデータを除去することができ、のこぎり波または半正弦波の古典的衝撃試験で速度及び変位の尖頭値を容易に減らすことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図１ないし図１６を参照して、衝撃波形の構成要素波形であるウェーブレットの遅延時間、半波の個数、加速度振幅の値を設定することによって、衝撃波形の衝撃応答スペクトルが現れる時間の差が短い衝撃波形を合成する方法、及び前記衝撃応答内訳を求めるのに使用される単位パルスデジタルフィルタを詳細に説明する。
【００１９】
本発明による衝撃波形の合成方法は、それぞれ異なるウェーブレット周波数を有する複数のウェーブレットに対して、遅延時間が０であるウェーブレットを入力にして固有周波数がウェーブレット周波数と同一の１自由度システムの応答内訳から絶対値の最大値が現れる時間を求める段階と、前記最大値が現れる時間中の最長時間から前記複数のウェーブレットによって絶対値の最大値が現れる時間を引いた値を前記遅延時間として設定する段階と、を含む。
【００２０】
また、本発明による衝撃波形の合成方法には、ウェーブレットの半波の個数が設定される段階と、ウェーブレットの加速度振幅が設定される段階と、がさらに含まれる。
【００２１】
以下、前記本発明による衝撃波形の合成方法を詳細に説明する。
【００２２】
前記衝撃波形は、ウェーブレットを構成要素波形にして合成される。
【００２３】
前記ウェーブレットは、数１のように表現される変調波形である。
【００２４】
【数１】
2006133210.tif 000006
ここで、
2006133210.tif 000007
は、ウェーブレット周波数(ウェーブレットの中間周波数または中間周波数とも言う)で、
Ｎは、ウェーブレットの半波の個数で、１より大きい奇数の値を有し、
2006133210.tif 000008
は、ウェーブレットの加速度振幅である。
【００２５】
前記ウェーブレットが衝撃加速度を示す時、前記ウェーブレットを積分すると速度になり、衝撃持続時間の間の前記衝撃加速度の積分値は０である。前記速度をさらに積分すると変位になり、前記衝撃持続時間の間の前記速度の積分値は０である。従って、一連のウェーブレットを合わせて合成した衝撃波形は、衝撃持続時間の間に加震機(shaker)の最初の位置に戻って停止することが分かる。
【００２６】
衝撃応答スペクトル試験を遂行するための前記衝撃波形ｘ(ｔ)は、次の数２のように一連のウェーブレットを合せて合成されることができる。
【００２７】
【数２】
2006133210.tif 000009
ここで、
2006133210.tif 000010
は、遅延時間
2006133210.tif 000011
を有するｋ番目のウェーブレットで、Ｍは、ウェーブレットの個数である。
【００２８】
また、前記
2006133210.tif 000012
は、数３のように表現される。
【００２９】
【数３】
2006133210.tif 000013
ここで、
2006133210.tif 000014
は、ｋ番目のウェーブレットの半波の個数で、
2006133210.tif 000015
は、ウェーブレットの加速度振幅で、
2006133210.tif 000016
は、ｋ番目のウェーブレット周波数で、数４によって求められる。
【００３０】
【数４】
2006133210.tif 000017
ここで、ｎは、１／６で、オクターブ当たり６個のウェーブレット周波数を示す。
【００３１】
前記ウェーブレット周波数
2006133210.tif 000018
は、２，０００Ｈｚから降順に１０Ｈｚ近辺までオクターブ当たり６個のウェーブレット周波数として計算され、前記計算された周波数をまた昇順に整列する。
【００３２】
前記ウェーブレットの加速度振幅
2006133210.tif 000019
は、ｋ番目のウェーブレットに対して所望の衝撃応答スペクトルが得られるように反復されて計算され、数８によって詳細に説明する。
【００３３】
前記衝撃波形に対する衝撃応答スペクトルの固有周波数は、２，０００Ｈｚから降順に１０Ｈｚ近辺までオクターブ当たり６個になるように与えられる。前記与えられた固有周波数は、また昇順に整列される。前記衝撃波形に対する衝撃応答スペクトルの分析は、前記１／６オクターブ間隔に与えられた一連の固有周波数でＱ＝１０にして行われる。衝撃応答スペクトルは、‘maximax’、‘primary positive’、‘primary negative’、‘residual positive’、‘residual negative’などの種類がある。しかしながら、一般的に、試験規格は、‘maximax’を適用するので、以下、衝撃応答スペクトルは、‘maximax’を示し、特定時間区間に限定された‘maximax’を制限時間衝撃応答スペクトルと言う。
【００３４】
以下、前記ウェーブレットの遅延時間、半波の個数及び加速度振幅の設定方法を詳細に説明する。
【００３５】
まず、遅延時間
2006133210.tif 000020
であるｋ番目のウェーブレット入力に対して衝撃応答スペクトルを分析すると、ｋ番目の固有周波数で衝撃応答スペクトルの最大値が現れるため、前記ウェーブレット入力に対してｋ番目の固有周波数の１自由度システムで応答内訳を計算することで絶対値の最大値が現れる時間を求める。数６のように半波の個数が設定されるため、ｋ＝１である時、絶対値の最大値が現れる時間
2006133210.tif 000021
が最も長い。従って、ｋ番目のウェーブレットの遅延時間
2006133210.tif 000022
は、数５のように求めることができる。上記のように遅延時間が設定されたｋ番目のウェーブレット入力に対して、ｋ番目のウェーブレット周波数と同一の固有周波数を有する１自由度システムで衝撃応答内訳を求め、絶対値の最大値(maximax)が現れる時間を全てのｋに対して求めると、同一の時間に絶対値の最大値が現れることが分かる。
【００３６】
【数５】
2006133210.tif 000023
ここで、
2006133210.tif 000024
は常数である。
また、前記半波の個数
2006133210.tif 000025
は、数６のように設定する。
【００３７】
【数６】
2006133210.tif 000026
また、ウェーブレットの加速度振幅
2006133210.tif 000027
を求めて設定する方法は、次のようである。前記それぞれのウェーブレットの初期加速度振幅は、数７のように−１にする。ここで、
2006133210.tif 000028
にして合成した衝撃波形と
2006133210.tif 000029
にして合成した衝撃波形は、相互逆方向である。
【００３８】
【数７】
2006133210.tif 000030
また、ｉ番目に合成した衝撃波形でｋ番目の前記ウェーブレットの加速度振幅
2006133210.tif 000031
は、数８を繰り返すことで求められる。
【００３９】
【数８】
2006133210.tif 000032
ここで、
2006133210.tif 000033
は、一連の固有周波数のうち試験規格で要求したｋ番目の固有周波数に対する衝撃応答で、
2006133210.tif 000034
は、i番目に合成した衝撃波形に対する衝撃応答スペクトルで、
2006133210.tif 000035
は、決まった時間区間で衝撃応答スペクトルを表示する制限時間衝撃応答スペクトルである。ここで、
2006133210.tif 000036
で、前記一連の固有周波数は、１０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚでまたは２０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚで１／６オクターブ間隔を有する。ここで、
2006133210.tif 000037
は、‘quality factor value’であり、伝達率と言う。
【００４０】
上記のように求められた遅延時間、半波の個数及びウェーブレットの加速度振幅が設定された複数のウェーブレットを合せることによって、本発明による衝撃応答スペクトルが現れる時間の差の短い衝撃波形を求めることができる。
【００４１】
以下、本発明による衝撃波形の合成で使用される衝撃応答スペクトル及び衝撃応答内訳を求めるのに使用される単位パルスデジタルフィルタを求める方法に対して説明する。
【００４２】
前記単位パルスデジタルフィルタの差分方程式が分かると、前記単位パルスデジタルフィルタの実現は当業者の立場で容易に実施可能なので、ここでは、前記単位パルスデジタルフィルタの差分方程式を求める方法に対して説明する。
【００４３】
固有周波数が
2006133210.tif 000038
で、伝達率が
2006133210.tif 000039
である１自由度システムで、入力加速度に対する出力加速度の伝達関数は数９のようである。
【００４４】
【数９】
2006133210.tif 000040
サンプリング周期をＴとし、ｔ＝０からｔ＝Ｔまでのパルスを単位パルスとし、入力加速度をｘ(ｔ)とし、出力加速度をｙ(ｔ)とすると、前記ｘ(ｔ)は数１０で、前記ｘ(ｔ)のｚ変換は数１１で、前記ｘ(ｔ)のラプラス(Laplace)変換は数１２である。また、前記ｙ(ｔ)のラプラス変換は数１３で、前記ｙ(ｔ)のラプラス逆変換は数１４で、前記ｙ(ｔ)のｚ変換は数１５である。
【００４５】
【数１０】
2006133210.tif 000041
【００４６】
【数１１】
2006133210.tif 000042
【００４７】
【数１２】
2006133210.tif 000043
【００４８】
【数１３】
2006133210.tif 000044
【００４９】
【数１４】
2006133210.tif 000045
【００５０】
【数１５】
2006133210.tif 000046
2006133210.tif 000047
このとき、前記ｙ(ｔ)のｚ変換Ｙ(ｚ)を
2006133210.tif 000048
にすると、
2006133210.tif 000049
は数１６のようである。
【００５１】
【数１６】
2006133210.tif 000050
数１７の差分方程式(difference equation)を有する離散型データシステム(discrete data system)で、初期条件が０であると仮定し、前記差分方程式の両辺をｚ変換すると数１８になり、従って、前記システムの伝達関数は数１９である。前記伝達関数を有するシステムを単位パルスデジタルフィルタとし、前記単位パルスデジタルフィルタの差分方程式は数２０に表現される。
【００５２】
【数１７】
2006133210.tif 000051
【００５３】
【数１８】
2006133210.tif 000052
【００５４】
【数１９】
2006133210.tif 000053
【００５５】
【数２０】
2006133210.tif 000054
上記のように求められた本発明によるデジタルフィルタのブロック線図を図１に示す。本発明による単位パルスデジタルフィルタから過度現象が含まれた不必要なデータを除去するために使用される単位パルスデジタルフィルタの逆フィルタ(以下、単位パルスデジタル逆フィルタと称する。)は、次のように求めることができる。
【００５６】
単位パルスデジタルフィルタで伝達関数Ｈ(ｚ)の逆数を取った伝達関数
2006133210.tif 000055
は数２１である。
【００５７】
【数２１】
2006133210.tif 000056
数２１で、
2006133210.tif 000057
とすると、巡回フィルター(recursive filter)の一般形を作ることができ、このとき、
2006133210.tif 000058
になってライトシフト(right shift)される。即ち、前記単位パルスデジタル逆フィルタは数２２のようで、前記単位パルスデジタル逆フィルタの差分方程式は数２３のようである。
【００５８】
【数２２】
2006133210.tif 000059
【００５９】
【数２３】
2006133210.tif 000060
2006133210.tif 000061
このとき、
2006133210.tif 000062
であると、前記システムは、安定して実現可能である。前記システムの安全性可否を確認するために、極値の軌跡を示したものが図２である。
【００６０】
図２は、単位パルスデジタル逆フィルタの極値の軌跡を示す図表である。ここで、前記極値の軌跡は、サンプリング周期
2006133210.tif 000063
で、
2006133210.tif 000064
で、固有周波数が１．０Ｈｚ間隔で
2006133210.tif 000065
である１自由度システムから得る。
【００６１】
図２から分かるように、前記単位パルスデジタル逆フィルタは安定である。従って、過度現象が含まれた不必要なデータを除去するために、前記単位パルスデジタル逆フィルタが使用可能である。
【００６２】
上記のように求められた本発明によるデジタル逆フィルタのブロック線図を図３に示す。
【００６３】
本発明によるデジタル逆フィルタは、構造物に印加された入力を直接測定し得ず、構造物を通した出力のみを測定し得る場合(例えば、ロケットモータの推力を測定するためのロードセル(load cell)から試験台(構造物)を通した出力を測定する。)に測定されたデータの不必要な過度現象を除去する役割をする。
【００６４】
以下、本発明によって合成された衝撃波形が、衝撃試験に一般的に使用される航空装備の性能試験、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験、地上装備の衝突危険試験の衝撃応答スペクトル試験規格に満足するか否かを図面を参照して説明する。
【００６５】
図４は、地上装備及び航空装備の衝撃応答スペクトル試験規格を示す図表である。従って、任意の衝撃波形の衝撃応答スペクトルが図４を満足すべきである。ここで、１は、航空装備の性能試験のための衝撃応答スペクトルの規格を示し、２は、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験のための衝撃応答スペクトルの規格を示し、３は、地上装備の衝突危険試験のための衝撃応答スペクトルの規格を示す。ただ、試験衝撃時間内訳(test shock time history)で、有効衝撃持続時間が決まった条件を満足しなければならない。
【００６６】
図５は、航空装備の性能試験のために本発明によって合成された衝撃波形を示す図表である。
【００６７】
図６は、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験のために本発明によって合成された衝撃波形を示す図表である。
【００６８】
図７は、地上装備の衝突危険試験のために本発明によって合成された衝撃波形を示す図表である。
【００６９】
図８は、航空装備の性能試験のために本発明によって合成された衝撃波形のフーリエスペクトルである。
【００７０】
図９は、図５ないし図７の衝撃応答スペクトルを示す図表である。
【００７１】
従って、図８から分かるように、本発明によって合成された衝撃波形のフーリエ スペクトルは、従来技術に比べて凹部がなくて滑らかであるので、従来の合成された波形より品質が優秀である。また、図４と図９を比較すると、グラフが一致し、本発明による衝撃応答スペクトルが現れる時間の差の短い衝撃波形の合成方法は、試験規格を満足することが分かる。
【００７２】
また、本発明による合成方法が試験対象内の部品間の相互干渉をより増加させるか否かを確認する。
【００７３】
まず、図５ないし図７の１６msecの制限時間(１９５msecから２１１msecまで)衝撃応答スペクトルを求めると、−３ｄＢの許容誤差以内にある。前記制限時間で、図５ないし図７の制限時間衝撃応答スペクトルが現れる時間を固有周波数の定義域に対して図１０のように表示する。
【００７４】
図１０は、図５ないし図７の制限時間衝撃応答スペクトルが現れる時間を固有周波数の定義域に対して表示した図表である。ここで、１５は、航空装備の性能試験のための制限時間衝撃応答スペクトル及び地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験のための制限時間衝撃応答スペクトルが現れる時間で、１６は、地上装備の衝突危険試験のための制限時間衝撃応答スペクトルが現れる時間である。
【００７５】
図１０から分かるように、制限時間衝撃応答スペクトルが現れる時間が２０１msecから２１１msec間で、時間の差が１０msecであるため、それぞれの固有周波数に対する応答内訳で−３ｄＢ以上の加速度が現れる時間の差が非常に短いため、試験対象内の部品間の干渉を十分に試験することができる。
【００７６】
また、本発明による加速度振幅を求める方法の妥当性に対して説明する。
【００７７】
まず、上記のように１６msecの制限時間を１９５msecから２１１msec間の区間にして制限時間衝撃応答スペクトルを求め、前記区間で前記制限時間衝撃応答スペクトルによって図４の衝撃応答スペクトルの試験規格を満足するように衝撃波形を合成する。即ち、ウェーブレットの加速度振幅を求めるために数８を繰り返す過程で、
2006133210.tif 000066
を利用して図４の衝撃応答スペクトルの試験規格を満足する衝撃波形を合成する。
【００７８】
前記
2006133210.tif 000067
を利用した試験規格の衝撃応答スペクトルを満足する合成された衝撃波形及び前記衝撃波形の衝撃応答スペクトルを図１１及び図１２に示す。
【００７９】
図１１は、図４の試験のために制限時間衝撃応答スペクトルを利用して合成した波形を示す図表である。
【００８０】
図１２は、図１１の合成した波形の衝撃応答スペクトルを示す図表である。
【００８１】
ここで、１７は、航空装備の性能試験のための制限時間衝撃応答スペクトルを利用した衝撃波形で、１８は、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験のための制限時間衝撃応答スペクトルを利用した衝撃波形で、１９は、地上装備の衝突危険試験のための制限時間衝撃応答スペクトルを利用した衝撃波形である。また、２０は、前記１７の衝撃応答スペクトルで、２１は、１８の衝撃応答スペクトルで、２２は、１９の衝撃応答スペクトルである。
【００８２】
図１２から分かるように、衝撃応答スペクトルが３ｄＢの許容誤差以内である。それぞれの固有周波数に対する応答内訳で、試験規格で要求された加速度が現れる時間の差が非常に短いため、試験対象内の部品の間の干渉を十分に試験することができる。
【００８３】
また、半正弦波またはのこぎり波のような古典的衝撃試験(classical shock test)で、本発明の合成方法がどのような効果があるかを図面を参照して説明する。
【００８４】
古典的衝撃試験では、航空装備の性能試験、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験、地上装備の衝突危険試験のために、図１３ののこぎり波形を使用し、前記のこぎり波形の衝撃応答スペクトルは、図１４のようである。
【００８５】
図１３は、航空装備の性能試験、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験、地上装備の衝突危険試験のための理想的なのこぎり波形を示す図表である。
【００８６】
図１４は、図１３ののこぎり波形の衝撃応答スペクトルである。ここで、７と３２は、航空装備の性能試験に対するもので、８と３３は、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験に対するもので、９と３４は、地上装備の衝突危険試験に対するものである。
【００８７】
図１４の衝撃応答スペクトルを衝撃試験に使用するために本発明によって合成した波形は、図１５に示し、前記合成した波形の衝撃応答スペクトルは、図１６に示す。ここで、３５と３８は、航空装備の性能試験に対するもので、３６と３９は、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験に対するもので、３７と４０は、地上装備の衝突危険試験に対するものである。
【００８８】
従って、図１４及び図１６から分かるように、古典的衝撃試験であるのこぎり波形の試験規格に対してプレロード(pre-load)とポストロード(post-load)を有するのこぎり波形の代りに本発明によって合成された衝撃波形を衝撃試験に使用することができる。また、ウェーブレット周波数が２０〜２，０００Ｈｚであるウェーブレットを使用して衝撃波形を合成し、２０〜２，０００Ｈｚの固有周波数に対する衝撃応答スペクトルを分析すると、速度及び変位の尖頭値を一層減らすことができるので、速度または変位の尖頭値が加震機で許容する範囲を超過する場合に試験遂行が不可能になる問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明によるデジタルフィルタのブロック線図である。
【図２】単位パルスデジタル逆フィルタの極値の軌跡を示す図表である。
【図３】本発明によるデジタル逆フィルタのブロック線図である。
【図４】地上装備及び航空装備の衝撃応答スペクトル試験規格示す図表である。
【図５】航空装備の性能試験のために本発明によって合成された衝撃波形を示す図表である。
【図６】地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験のために本発明によって合成された衝撃波形を示す図表である。
【図７】地上装備の衝突危険試験のために本発明によって合成された衝撃波形を示す図表である。
【図８】航空装備の性能試験のために本発明によって合成された衝撃波形のフーリエスペクトルである。
【図９】図５ないし図７の衝撃応答スペクトルを示す図表である。
【図１０】図５ないし図７の制限時間衝撃応答スペクトルが現れる時間を固有周波数の定義域に対して表示する図表である。
【図１１】図４の試験のために制限時間衝撃応答スペクトルを利用して合成した波形を示す図表である。
【図１２】図１１の合成した波形の衝撃応答スペクトルを示す図表である。
【図１３】航空装備の性能試験、地上装備の性能試験及び航空装備の衝突危険試験、地上装備の衝突危険試験のための理想的なのこぎり波形を示す図表である。
【図１４】図１３ののこぎり波形の衝撃応答スペクトルである。
【図１５】図１４の衝撃応答スペクトルを衝撃試験に使用するために本発明によって合成した波形を示す図表である。
【図１６】図１５の合成した波形の衝撃応答スペクトルを示す図表である。
【図１７】衝撃応答スペクトル試験を遂行するための加震機体系を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９０】
１：制御システム
２：増幅器
３：加震機
４：加速道境界
５：固定具
６：試験対象
【図１】
2006133210.tif 000068
【図２】
2006133210.tif 000069
【図３】
2006133210.tif 000070
【図４】
2006133210.tif 000071
【図５】
2006133210.tif 000072
【図６】
2006133210.tif 000073
【図７】
2006133210.tif 000074
【図８】
2006133210.tif 000075
【図９】
2006133210.tif 000076
【図１０】
2006133210.tif 000077
【図１１】
2006133210.tif 000078
【図１２】
2006133210.tif 000079
【図１３】
2006133210.tif 000080
【図１４】
2006133210.tif 000081
【図１５】
2006133210.tif 000082
【図１６】
2006133210.tif 000083
【図１７】
2006133210.tif 000084