专利名称：振幅计算装置及振幅计算方法
技术领域：
本发明涉及一种振幅算出装置及振幅算出方法，用于计算出变化为正弦波形状的 信号的振幅。
背景技术：
激光位移测定器可以测定振动的目标物的位置。其位置的最大值和最小值的差就 是目标物的振动运动的振幅，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。(参照非专利文献1)。在先技术文献非专利文献非专利文献1「>一廿変位計用途别測定力、K vol. 3振動測定」，p. 2，株式会 社今——工 ^ ^,<http//www. keyence. co. jp/req/h/avhc3w5/show, jsp ？ done = /henni/ index, jsp&motive = T0P>(“激光位移计用途分类测量指南vol. 3振动测定”，P，2，基恩士株式会社)

发明内容
发明要解决的技术问题将从目标物的振动中心到位移的最大值或者最小值的半振幅(波高值)归一化 时，如图9所示，位移X的概率分布函数为1/cos (asin (X))。其结果是，在理想的状态下，在 离散的时间对目标物的位置信息进行采样时，在采样数量足够多的情况下，根据目标物的 位置的最大值和最小值可以正确地测定目标物的振幅信息。这里，对位移X的概率分布函数的求出方法进行说明。图10 (A)、图10 (B)是对位移 X的概率分布函数的求出方法进行说明的图。因为1=8^1(9)，所以正弦波8^(0 .t)能 够取X的概率与sin( θ )的斜率的倒数l/cos( θ )成比例关系。图10㈧的正弦波的一部 分由图10⑶所示。在图10⑶中，位移X中dX所包含的时间是d θ , dX/d θ为cos(e)， 因此，sin(e)为dx时的Θ的值为de/dx，即为1/C0s(e)。进一步地，由sin(e) = χ, 得到θ =Min(X)t^f θ =asin(x)代入到l/C0S(e)中，导出sin(e)为X的概率密度 函数与1/cos (asin (X))成比例关系。以上就是位移X的概率分布函数的求出方法。图11中示出，使得以平均位置(中心)为400、振幅为200进行振动的目标物的位 置随机地产生时的频数分布，可以看出，从中心400到最大值500的频数分布与图9所示概 率密度函数非常一致。然而，目标物的每个位置信息的值都含有误差，该误差分布可以看做是正态分布。 由此，包含误差的位置的频数分布如图12所示。在图12的例的情况下，由于噪音引起的误 差(标准标准偏差5)，位置的最大值从原来的500变为510这样的错误值，位置的最小值从 300变为290这样的错误值，振幅值(最大值-最小值)由原来的200变大为220，增大了10%。如上述这样使用位置的最大值和最小值求出振动的振幅的现有方法，存在着因为 不能除去噪音，振幅往往计算偏大，不能预测误差等问题。本发明为了解决上述问题，提供一种可以降低振幅误差的振幅算出装置及振幅算 出方法。解决问题的手段本发明的振幅算出装置，包括平均值或者中央值算出单元，计算出变化为正弦波 形状的输入信号的分布的平均值或者中央值；最频值算出单元，计算出所述输入信号的分 布的最频值；和振幅算出单元，计算出所述平均值或者中央值与所述最频值的差作为所述 输入信号的振幅。本发明的振幅算出装置，包括标准偏差值算出单元，计算出变化为正弦波形状的 输入信号的分布的标准偏差值；和振幅算出单元，计算出所述标准偏差值的万倍的值作为 所述输入信号的振幅。本发明的振幅算出装置，包括四分位点算出单元，计算出变化为正弦波形状的输 入信号的分布的四分位点；和振幅算出单元，计算出所述四分位点中的第1四分位点或者 第3四分位点与第2四分位点的差的万倍的值作为所述输入信号的振幅。本发明的振幅算出装置，包括四分位点算出单元，计算出变化为正弦波形状的输 入信号的分布的四分位点；平均值算出单元，计算出所述输入信号的分布的平均值；和振 幅算出单元，计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与所述平均值的差的& 倍的值作为所述输入信号的振幅。本发明的振幅算出方法，包括平均值或者中央值算出步骤，计算出变化为正弦波 形状的输入信号的分布的平均值或者中央值；最频值算出步骤，计算出所述输入信号的分 布的最频值；振幅算出步骤，计算出所述平均值或者中央值与所述最频值的差作为所述输 入信号的振幅。本发明的振幅算出方法，包括标准偏差值算出步骤，计算出变化为正弦波形状的 输入信号的标准偏差值；和振幅算出步骤，计算出所述标准偏差值的万倍的值作为所述输 入信号的振幅。本发明的振幅算出方法，包括四分位点算出步骤，计算出变化为正弦波形状的输 入信号的分布的四分位点；和振幅算出步骤，计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四 分位点与第2四分位点的差的力倍的值作为所述输入信号的振幅。本发明的振幅算出方法，包括四分位点算出步骤，计算出变化为正弦波形状的输 入信号的分布的四分位点；平均值算出步骤，计算出所述输入信号的分布的平均值；和振 幅算出步骤，计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与所述平均值的差的力 倍的值作为所述输入信号的振幅。发明的效果发明中，计算出输入信号的平均值或者中央值与最频值的差作为振幅，其相对于 将最大值和最小值的差作为振幅的现有方法，可以降低振幅的误差。发明中，计算出输入信号的分布的标准偏差值的万倍的值作为振幅，其相对于将
4最大值和最小值的差作为振幅的现有方法，可以降低振幅的误差。在本发明中，计算出输入信号的分布的四分位点，将四分位点中的第1四分位点 或者第3四分位点与第2四分位点的差的^倍的值作为振幅，其相对于将最大值和最小值 的差作为振幅的现有方法，可以降低振幅的误差。发明中，计算出输入信号的分布的四分位点与平均值，将四分位点中的第1四分 位点或者第3四分位点与平均值的差的万倍的值作为振幅，其相对于将最大值和最小值的 差作为振幅的现有方法，可以降低振幅的误差。


图1是示出本发明的第1实施形态的振幅算出装置的构成的框图。图2是示出本发明的第1实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。图3是示出本发明的第2实施形态的振幅算出装置的构成的框图。图4是示出本发明的第2实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。图5是示出本发明的第3实施形态的振幅算出装置的构成的框图。图6是示出本发明的第3实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。图7是示出本发明的第4实施形态的振幅算出装置的构成的框图。图8是示出本发明的第4实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。图9是示出位移的概率分布函数的图。图10是对位移X的概率分布函数的求出方法进行说明的图。图11是示出使目标物的位置随机地产生时的频数分布的图。图12是示出包含误差的位置的频数分布的图。符合说明10、20、30、40…存储部，11、42…平均值算出部，12…最频值算出部，13、22、32、
43…振幅算出部，21…标准偏差值算出部，31、41…四分位点算出部。
具体实施例方式第1实施形态下面，参照附图对本发明的实施形态进行说明。图1是示出本发明的第1实施形 态的振幅算出装置的构成的框图。振幅算出装置包括存储部10、平均值算出部11、最频值算出部12以及振幅算出 部13。仅进行的采样被视为对正弦波轨道上的值一样地进行了采样的情况下，即使每个 值都含有误差，平均值与最频值的差也是半振幅(波高值)。在采样间隔为等间隔，并且在 采样间隔与正弦波周期的最小公倍数的时间之内所包含的采样数量足够多的情况下，则被 视为对正弦波轨道上的值一样地进行了采样。在采样间隔不是等间隔，或者在采样间隔与 正弦波周期的最小公倍数的时间之内所包含的采样数量较少的情况下，不视为对正弦波轨 道上的值一样地进行了采样，在这种情况下，本实施形态是无效的。下面，对本实施形态的动作进行详细地说明。图2是示出本发明实施形态的振幅 算出装置的动作的流程图。在本实施形态的振幅算出装置中，例如振动的物体的位置信息信号被输入到时间系列中。如上所述，该位置信息信号可以通过激光位移测定器得到。此 时，位置信息信号是以一定的时间间隔被采样的离散的信号。存储部10存储该输入的信号。平均值算出部11计算出存储于存储部10中的信号的分布的平均值(图2的步骤
510)。平均值算出部11计算出的平均值存储在存储部10中。最频值算出部12计算出存储于存储部10中的信号的分布的最频值(图2的步骤
511)。最频值算出部12计算出的最频值存储在存储部10中。该最频值相当于信号的最大 值或者最小值。最后，振幅算出部13计算出平均值和最频值的差作为信号的半振幅(步骤S12)。 当平均值>最频值时，可以将平均值-最频值作为半振幅，当最频值>平均值时，可以将最 频值_平均值作为半振幅。显然，半振幅的2倍的值为振幅(两振幅)。如上所述，在本实施形态中，计算出输入信号的平均值与最频值的差作为半振幅， 因此其相对于将最大值和最小值的差作为振幅的现有方法，可以降低振幅的误差。另外，在本实施形态中，将信号的平均值与最频值的差作为信号的半振幅，但也可 以将信号的分布的中央值与最频值的差作为信号的半振幅。即，也可以使用中央值算出部 来替代平均值算出部11，由振幅算出部13计算出中央值与最频值的差作为信号的半振幅。第2实施形态下面，对本发明的第2实施形态进行说明。图3是示出本发明的第2实施形态的 振幅算出装置的构成的框图。振幅算出装置包括存储部20、标准偏差值算出部21以及振幅算出部22。仅进行的采样被视为对正弦波轨道上的值一样地进行了采样的情况下，正弦波的 标准偏差值是半振幅的1 /万(—0. 707)倍，因此求出被采样的值的标准偏差值，再乘以 万的话，则成为半振幅的值。图4是示出本实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。与第1实施形态一样， 存储部20存储有被输入到时间系列中的位置信息信号。标准偏差值算出部21计算出存储于存储部20中的信号的分布的标准偏差值(图 4的步骤S20)。标准偏差值算出部21计算出的标准偏差值存储于存储部20中。振幅算出部22计算出标准偏差值的万(—1.414)倍的值作为信号的半振幅(步 骤 S21)。如上所述，在本实施形态中，计算出信号的分布的标准偏差值的化倍的值作为半 振幅，因此相对于将最大值和最小值的差作为振幅的现有方法，可以降低振幅的误差。第3实施形态下面，对本发明的第3实施形态进行说明。图5是示出本发明的第3实施形态的 振幅算出装置的构成的框图。振幅算出装置包括存储部30、四分位点算出部31以及振幅算出部32。本实施例的基本原理与第2实施形态相同，只是以误差更小的四分位点来替代标 准偏差值作为基准。四分位点与平均值的差是半振幅的1 / VI倍(—0.707),因此求出被 采样的值的分布的四分位点，再乘以万的话，就成为半振幅的值。图6是示出本发明的实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。与第1实施形态一样，存储部30存储被输入到时间系列中的位置信息信号。四分位点算出部31计算出存储于存储部30中的信号的分布的四分位点(图6的 步骤S30)。振幅算出部32计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与第2四分 位点(中央值)的差的力(—1.414)倍的值作为信号的半振幅(步骤S31)。例如，在图 12例中，第1四分位点是330，第2四分位点是400，第3四分位点是470。在第1、第2实施形态中，信号的频数分布要能够视为l/C0S(aSin(X)) (X为位 移)，需要足够的同样性(一様性)与采样数，而且，在最大振幅附近的频数变化比较剧烈， 容易含有误差，但四分位点难以受到采样的同样性、偏离值的影响。因此，与第1、第2实施 形态相比，本实施形态可以进一步地降低振幅的误差。第4实施形态下面，对本发明的第4实施形态进行说明。图7是示出本发明的第4实施形态的 振幅算出装置的构成的框图。振幅算出装置包括存储部40、四分位点算出部41、平均值算出部42以及振幅算 出部43。在本实施形态中，使用平均值来替代第3实施形态中的第2四分位点(中央值)。图8是示出本发明的本实施形态的振幅算出装置的动作的流程图。与第1实施形 态一样，存储部40存储被输入到时间系列中的位置信息信号。四分位点算出部41计算出存储于存储部40的信号的分布的四分位点(图8的步 骤 S40)。平均值算出部42计算出存储于存储部40的信号的分布的平均值(步骤S41)。平 均值算出部42计算出的平均值存储于存储部40中。振幅算出部43计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与平均值的 差的万(N 1. 414)倍的值作为信号的半振幅(步骤S42)。另外，第1 第4的实施形态的振幅算出装置可以通过包括例如CPU、存储装置以 及接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。使这样的计算机动作的程序是以存储 在软碟、CD-ROM、DVD-ROM以及存储器卡等的存储介质中的状态被提供的。CPU将所读取的 程序写入存储装置中，并根据该程序进行第1 第4实施形态中所说明的处理。在第1 第4实施形态中，以振动的物体的位置信息信号为例来说明被输入的信 号，但并不限定于此，被输入到振幅算出装置中的信号如果是对正弦波形状的信号进行了 采样的离散的信号的话，也适用于本发明。以上，为了对本发明进行说明，使用了半振幅(振动的中心与位移的最大值或者 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)的概念来 替代半振幅。即，本发明中的振幅的概念包括半振幅和全振幅。产业上利用的可能性本发明可以应用于计算出变化为正弦波形状的信号的振幅的技术。
权利要求
一种振幅算出装置，其特征在于，包括平均值或者中央值算出单元，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的平均值或者中央值；最频值算出单元，计算出所述输入信号的分布的最频值；和振幅算出单元，计算出所述平均值或者中央值与所述最频值的差作为所述输入信号的振幅。
2.一种振幅算出装置，其特征在于，包括标准偏差值算出单元，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的标准偏差值；和 振幅算出单元，计算出所述标准偏差值的倍的值作为所述输入信号的振幅。
3.一种振幅算出装置，其特征在于，包括四分位点算出单元，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的四分位点；和振幅算出单元，计算出所述四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与第2四分 位点的差的^倍的值作为所述输入信号的振幅。
4.一种振幅算出装置，其特征在于，包括四分位点算出单元，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的四分位点；平均值算出单元，计算出所述输入信号的分布的平均值；和振幅算出单元，计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与所述平均值的 差的化倍的值作为所述输入信号的振幅。
5.一种振幅算出方法，其特征在于，包括平均值或者中央值算出步骤，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的平均值或 者中央值；最频值算出步骤，计算出所述输入信号的分布的最频值；振幅算出步骤，计算出所述平均值或者中央值与所述最频值的差作为所述输入信号的 振幅。
6.一种振幅算出方法，其特征在于，包括标准偏差值算出步骤，计算出变化为正弦波形状的输入信号的标准偏差值；和振幅算 出步骤，计算出所述标准偏差值的万倍的值作为所述输入信号的振幅。
7.一种振幅算出方法，其特征在于，包括四分位点算出步骤，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的四分位点；和振幅算出步骤，计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与第2四分位点 的差的万倍的值作为所述输入信号的振幅。
8.一种振幅算出方法，其特征在于，包括四分位点算出步骤，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的四分位点；平均值算出步骤，计算出所述输入信号的分布的平均值；和振幅算出步骤，计算出四分位点中的第1四分位点或者第3四分位点与所述平均值的 差的倍的值作为所述输入信号的振幅。
全文摘要
一种振幅算出装置，包括平均值算出部(11)，计算出变化为正弦波形状的输入信号的分布的平均值；最频值算出部(12)，计算出输入信号的分布的最频值；振幅算出部(13)，计算出平均值与最频值的差作为输入信号的振幅。其作用在于降低振幅的误差。
文档编号G01H17/00GK101929888SQ201010217839
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月23日
发明者上野达也 申请人:株式会社山武