專(zhuān)利名稱(chēng)：振幅計(jì)算裝置及振幅計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振幅算出裝置及振幅算出方法，用于計(jì)算出變化為正弦波形狀的信號(hào)的振幅。
背景技術(shù)：
激光位移測(cè)定器可以測(cè)定振動(dòng)的目標(biāo)物的位置。其位置的最大值和最小值的差就是目標(biāo)物的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅，因此只要可以求出其位置的最大值和最小值，就可以求出振幅。(參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在先技術(shù)文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1「>一廿変位計(jì)用途別測(cè)定力、K vol. 3振動(dòng)測(cè)定」，p. 2，株式會(huì)社今——工 ^ ^,<http//www. keyence. co. jp/req/h/avhc3w5/show, jsp ？ done = /henni/ index, jsp&motive = T0P>(“激光位移計(jì)用途分類(lèi)測(cè)量指南vol. 3振動(dòng)測(cè)定”，P，2，基恩士株式會(huì)社)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題將從目標(biāo)物的振動(dòng)中心到位移的最大值或者最小值的半振幅(波高值)歸一化時(shí)，如圖9所示，位移X的概率分布函數(shù)為1/cos (asin (X))。其結(jié)果是，在理想的狀態(tài)下，在離散的時(shí)間對(duì)目標(biāo)物的位置信息進(jìn)行采樣時(shí)，在采樣數(shù)量足夠多的情況下，根據(jù)目標(biāo)物的位置的最大值和最小值可以正確地測(cè)定目標(biāo)物的振幅信息。這里，對(duì)位移X的概率分布函數(shù)的求出方法進(jìn)行說(shuō)明。圖10 (A)、圖10 (B)是對(duì)位移 X的概率分布函數(shù)的求出方法進(jìn)行說(shuō)明的圖。因?yàn)?=8^1(9)，所以正弦波8^(0 .t)能夠取X的概率與sin( θ )的斜率的倒數(shù)l/cos( θ )成比例關(guān)系。圖10㈧的正弦波的一部分由圖10⑶所示。在圖10⑶中，位移X中dX所包含的時(shí)間是d θ , dX/d θ為cos(e)， 因此，sin(e)為dx時(shí)的Θ的值為de/dx，即為1/C0s(e)。進(jìn)一步地，由sin(e) = χ, 得到θ =Min(X)t^f θ =asin(x)代入到l/C0S(e)中，導(dǎo)出sin(e)為X的概率密度函數(shù)與1/cos (asin (X))成比例關(guān)系。以上就是位移X的概率分布函數(shù)的求出方法。圖11中示出，使得以平均位置(中心)為400、振幅為200進(jìn)行振動(dòng)的目標(biāo)物的位置隨機(jī)地產(chǎn)生時(shí)的頻數(shù)分布，可以看出，從中心400到最大值500的頻數(shù)分布與圖9所示概率密度函數(shù)非常一致。
然而，目標(biāo)物的每個(gè)位置信息的值都含有誤差，該誤差分布可以看做是正態(tài)分布。 由此，包含誤差的位置的頻數(shù)分布如圖12所示。在圖12的例的情況下，由于噪音引起的誤差(標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)偏差幻，位置的最大值從原來(lái)的500變?yōu)?10這樣的錯(cuò)誤值，位置的最小值從 300變?yōu)?90這樣的錯(cuò)誤值，振幅值(最大值-最小值)由原來(lái)的200變大為220，增大了 10%。如上述這樣使用位置的最大值和最小值求出振動(dòng)的振幅的現(xiàn)有方法，存在著因?yàn)椴荒艹ピ胍?，振幅往往?jì)算偏大，不能預(yù)測(cè)誤差等問(wèn)題。本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提供一種可以降低振幅誤差的振幅算出裝置及振幅算出方法。解決問(wèn)題的手段本發(fā)明的振幅算出裝置，包括平均值或者中央值算出單元，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的平均值或者中央值；最頻值算出單元，計(jì)算出所述輸入信號(hào)的分布的最頻值；和振幅算出單元，計(jì)算出所述平均值或者中央值與所述最頻值的差作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)偏差值算出單元，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差值；和振幅算出單元，計(jì)算出所述標(biāo)準(zhǔn)偏差值的ν 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出裝置，包括四分位點(diǎn)算出單元，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；和振幅算出單元，計(jì)算出所述四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)的差的ν 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出裝置，包括四分位點(diǎn)算出單元，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；平均值算出單元，計(jì)算出所述輸入信號(hào)的分布的平均值；和振幅算出單元，計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與所述平均值的差的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出方法，包括平均值或者中央值算出步驟，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的平均值或者中央值；最頻值算出步驟，計(jì)算出所述輸入信號(hào)的分布的最頻值；振幅算出步驟，計(jì)算出所述平均值或者中央值與所述最頻值的差作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出方法，包括標(biāo)準(zhǔn)偏差值算出步驟，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值；和振幅算出步驟，計(jì)算出所述標(biāo)準(zhǔn)偏差值的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出方法，包括四分位點(diǎn)算出步驟，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；和振幅算出步驟，計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)的差的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。本發(fā)明的振幅算出方法，包括四分位點(diǎn)算出步驟，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；平均值算出步驟，計(jì)算出所述輸入信號(hào)的分布的平均值；和振幅算出步驟，計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與所述平均值的差的倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。發(fā)明的效果
發(fā)明中，計(jì)算出輸入信號(hào)的平均值或者中央值與最頻值的差作為振幅，其相對(duì)于將最大值和最小值的差作為振幅的現(xiàn)有方法，可以降低振幅的誤差。發(fā)明中，計(jì)算出輸入信號(hào)的分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的V^倍的值作為振幅，其相對(duì)于將最大值和最小值的差作為振幅的現(xiàn)有方法，可以降低振幅的誤差。在本發(fā)明中，計(jì)算出輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)，將四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)的差的V^倍的值作為振幅，其相對(duì)于將最大值和最小值的差作為振幅的現(xiàn)有方法，可以降低振幅的誤差。發(fā)明中，計(jì)算出輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)與平均值，將四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與平均值的差的V^倍的值作為振幅，其相對(duì)于將最大值和最小值的差作為振幅的現(xiàn)有方法，可以降低振幅的誤差。


圖1是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。圖2是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。圖3是示出本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。圖4是示出本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。圖5是示出本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。圖6是示出本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。圖7是示出本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。圖8是示出本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。圖9是示出位移的概率分布函數(shù)的圖。圖10是對(duì)位移X的概率分布函數(shù)的求出方法進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖11是示出使目標(biāo)物的位置隨機(jī)地產(chǎn)生時(shí)的頻數(shù)分布的圖。圖12是示出包含誤差的位置的頻數(shù)分布的圖。符合說(shuō)明10、20、30、40…存儲(chǔ)部，11、42…平均值算出部，12…最頻值算出部，13、22、32、
43…振幅算出部，21…標(biāo)準(zhǔn)偏差值算出部，31、41…四分位點(diǎn)算出部。
具體實(shí)施例方式第1實(shí)施形態(tài)下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。振幅算出裝置包括存儲(chǔ)部10、平均值算出部11、最頻值算出部12以及振幅算出部13。僅進(jìn)行的采樣被視為對(duì)正弦波軌道上的值一樣地進(jìn)行了采樣的情況下，即使每個(gè)值都含有誤差，平均值與最頻值的差也是半振幅(波高值)。在采樣間隔為等間隔，并且在采樣間隔與正弦波周期的最小公倍數(shù)的時(shí)間之內(nèi)所包含的采樣數(shù)量足夠多的情況下，則被視為對(duì)正弦波軌道上的值一樣地進(jìn)行了采樣。在采樣間隔不是等間隔，或者在采樣間隔與正弦波周期的最小公倍數(shù)的時(shí)間之內(nèi)所包含的采樣數(shù)量較少的情況下，不視為對(duì)正弦波軌道上的值一樣地進(jìn)行了采樣，在這種情況下，本實(shí)施形態(tài)是無(wú)效的。下面，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。圖2是示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。在本實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置中，例如振動(dòng)的物體的位置信息信號(hào)被輸入到時(shí)間系列中。如上所述，該位置信息信號(hào)可以通過(guò)激光位移測(cè)定器得到。此時(shí)，位置信息信號(hào)是以一定的時(shí)間間隔被采樣的離散的信號(hào)。存儲(chǔ)部10存儲(chǔ)該輸入的信號(hào)。平均值算出部11計(jì)算出存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部10中的信號(hào)的分布的平均值(圖2的步驟
510)。平均值算出部11計(jì)算出的平均值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部10中。最頻值算出部12計(jì)算出存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部10中的信號(hào)的分布的最頻值(圖2的步驟
511)。最頻值算出部12計(jì)算出的最頻值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部10中。該最頻值相當(dāng)于信號(hào)的最大值或者最小值。最后，振幅算出部13計(jì)算出平均值和最頻值的差作為信號(hào)的半振幅(步驟S12)。 當(dāng)平均值>最頻值時(shí)，可以將平均值-最頻值作為半振幅，當(dāng)最頻值>平均值時(shí)，可以將最頻值-平均值作為半振幅。顯然，半振幅的2倍的值為振幅(兩振幅)。如上所述，在本實(shí)施形態(tài)中，計(jì)算出輸入信號(hào)的平均值與最頻值的差作為半振幅， 因此其相對(duì)于將最大值和最小值的差作為振幅的現(xiàn)有方法，可以降低振幅的誤差。另外，在本實(shí)施形態(tài)中，將信號(hào)的平均值與最頻值的差作為信號(hào)的半振幅，但也可以將信號(hào)的分布的中央值與最頻值的差作為信號(hào)的半振幅。即，也可以使用中央值算出部來(lái)替代平均值算出部11，由振幅算出部13計(jì)算出中央值與最頻值的差作為信號(hào)的半振幅。第2實(shí)施形態(tài)下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖3是示出本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。振幅算出裝置包括存儲(chǔ)部20、標(biāo)準(zhǔn)偏差值算出部21以及振幅算出部22。僅進(jìn)行的采樣被視為對(duì)正弦波軌道上的值一樣地進(jìn)行了采樣的情況下，正弦波的標(biāo)準(zhǔn)偏差值是半振幅的1/ V2 (^0. 707)倍，因此求出被采樣的值的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，再乘以 V^的話(huà)，則成為半振幅的值。圖4是示出本實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。與第1實(shí)施形態(tài)一樣， 存儲(chǔ)部20存儲(chǔ)有被輸入到時(shí)間系列中的位置信息信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)偏差值算出部21計(jì)算出存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部20中的信號(hào)的分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差值(圖 4的步驟S20)。標(biāo)準(zhǔn)偏差值算出部21計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差值存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部20中。振幅算出部22計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差值的V^ ( N 1. 414)倍的值作為信號(hào)的半振幅(步驟 S21)。如上所述，在本實(shí)施形態(tài)中，計(jì)算出信號(hào)的分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的V^倍的值作為半振幅，因此相對(duì)于將最大值和最小值的差作為振幅的現(xiàn)有方法，可以降低振幅的誤差。第3 實(shí)施形態(tài)下面，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖5是示出本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。振幅算出裝置包括存儲(chǔ)部30、四分位點(diǎn)算出部31以及振幅算出部32。本實(shí)施例的基本原理與第2實(shí)施形態(tài)相同，只是以誤差更小的四分位點(diǎn)來(lái)替代標(biāo)準(zhǔn)偏差值作為基準(zhǔn)。四分位點(diǎn)與平均值的差是半振幅的1/ ν 倍(^0. 707)，因此求出被采樣的值的分布的四分位點(diǎn)，再乘以λ/ 的話(huà)，就成為半振幅的值。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。與第1實(shí)施形態(tài)一樣，存儲(chǔ)部30存儲(chǔ)被輸入到時(shí)間系列中的位置信息信號(hào)。四分位點(diǎn)算出部31計(jì)算出存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部30中的信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)(圖6的步驟S30)。振幅算出部32計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)(中央值)的差的λ/ ( ^ 1.414)倍的值作為信號(hào)的半振幅(步驟S31)。例如，在圖12 例中，第1四分位點(diǎn)是330，第2四分位點(diǎn)是400，第3四分位點(diǎn)是470。在第1、第2實(shí)施形態(tài)中，信號(hào)的頻數(shù)分布要能夠視為l/C0S(aSin(X)) (X為位移)，需要足夠的同樣性(一様性)與采樣數(shù)，而且，在最大振幅附近的頻數(shù)變化比較劇烈， 容易含有誤差，但四分位點(diǎn)難以受到采樣的同樣性、偏離值的影響。因此，與第1、第2實(shí)施形態(tài)相比，本實(shí)施形態(tài)可以進(jìn)一步地降低振幅的誤差。第4實(shí)施形態(tài)下面，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖7是示出本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的構(gòu)成的框圖。振幅算出裝置包括存儲(chǔ)部40、四分位點(diǎn)算出部41、平均值算出部42以及振幅算出部43。在本實(shí)施形態(tài)中，使用平均值來(lái)替代第3實(shí)施形態(tài)中的第2四分位點(diǎn)(中央值)。圖8是示出本發(fā)明的本實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置的動(dòng)作的流程圖。與第1實(shí)施形態(tài)一樣，存儲(chǔ)部40存儲(chǔ)被輸入到時(shí)間系列中的位置信息信號(hào)。四分位點(diǎn)算出部41計(jì)算出存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部40的信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)(圖8的步驟 S40)。平均值算出部42計(jì)算出存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部40的信號(hào)的分布的平均值(步驟S41)。平均值算出部42計(jì)算出的平均值存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部40中。振幅算出部43計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與平均值的差的λ/ ( N 1. 414)倍的值作為信號(hào)的半振幅(步驟S42)。另外，第1 第4的實(shí)施形態(tài)的振幅算出裝置可以通過(guò)包括例如CPU、存儲(chǔ)裝置以及接口的計(jì)算機(jī)和控制這些硬件資源的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。使這樣的計(jì)算機(jī)動(dòng)作的程序是以存儲(chǔ)在軟碟、CD-ROM、DVD-ROM以及存儲(chǔ)器卡等的存儲(chǔ)介質(zhì)中的狀態(tài)被提供的。CPU將所讀取的程序?qū)懭氪鎯?chǔ)裝置中，并根據(jù)該程序進(jìn)行第1 第4實(shí)施形態(tài)中所說(shuō)明的處理。在第1 第4實(shí)施形態(tài)中，以振動(dòng)的物體的位置信息信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明被輸入的信號(hào)，但并不限定于此，被輸入到振幅算出裝置中的信號(hào)如果是對(duì)正弦波形狀的信號(hào)進(jìn)行了采樣的離散的信號(hào)的話(huà)，也適用于本發(fā)明。以上，為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，使用了半振幅(振動(dòng)的中心與位移的最大值或者最小值的差)的概念。但是，也可以使用全振幅(位移的最大值和最小值的差)的概念來(lái)替代半振幅。即，本發(fā)明中的振幅的概念包括半振幅和全振幅。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明可以應(yīng)用于計(jì)算出變化為正弦波形狀的信號(hào)的振幅的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種振幅算出裝置，其特征在于，包括四分位點(diǎn)算出單元，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；和振幅算出單元，計(jì)算出所述四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)的差的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。
2.一種振幅算出裝置，其特征在于，包括四分位點(diǎn)算出單元，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)； 平均值算出單元，計(jì)算出所述輸入信號(hào)的分布的平均值；和振幅算出單元，計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與所述平均值的差的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。
3.一種振幅算出方法，其特征在于，包括四分位點(diǎn)算出步驟，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；和振幅算出步驟，計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)的差的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。
4.一種振幅算出方法，其特征在于，包括四分位點(diǎn)算出步驟，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)； 平均值算出步驟，計(jì)算出所述輸入信號(hào)的分布的平均值；和振幅算出步驟，計(jì)算出四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與所述平均值的差的λ/ 倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種振幅計(jì)算裝置及振幅計(jì)算方法，該振幅算出裝置，包括四分位點(diǎn)算出部(31)，計(jì)算出變化為正弦波形狀的輸入信號(hào)的分布的四分位點(diǎn)；和振幅算出部(32)，計(jì)算出所述四分位點(diǎn)中的第1四分位點(diǎn)或者第3四分位點(diǎn)與第2四分位點(diǎn)的差的倍的值作為所述輸入信號(hào)的振幅。其作用在于降低振幅的誤差。
文檔編號(hào)G06F17/18GK102567284SQ20111043448
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者上野達(dá)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武