ひずみ測定時のサンプリング周波数の違いによる歪量…

Question

ひずみ測定時のサンプリング周波数の違いによる歪量について教えてください

プリント基板のカット時の応力測定において、
以前使用していたひずみ測定器から新しく測定器を変更したら
急に歪量が500μεから2000μεと4倍近く変ってしまいました。

なにが原因で歪量が変ってしまったのか良くわからず困っています。

従来のひずみ測定器と新しい測定器の違いは、
　従来測定器　20ms(50Hz)
　新らしい測定器　2ms(500Hz)
です。

サンプリング周波数の違いで歪量が4倍も変るものでしょうか？
ちなみに、測定ポイントは基板切断面から3mmにひずみゲージを設定。

Answer

回答（４）にある
＞従来測定器での測定可能周波数：50/2.56 = 19.5Hz
なんで2.56？・・・サンプリング周波数とは？　から始めて説明すべきであろうと思案してましたが、やはりとっても難しい・・・

＞100Hzと500Hzで歪量はほぼ同じ
なら
＞新　章和(中国メーカー)　型名JSM-08A
コイツを疑ってかかり、機器の較正をとるべきなのでは？

ひずみゲージはプレス機の刃に貼ってるとして、ロードセルを取付けて同時に測る。
またはひずみゲージを適当な架台支柱に貼り付け、重さが判っているものを乗せて測る。
ロードセルは工業試験場などにあるだろうし、技術相談もできます。

Answer

動ひずみの測定であるとの前提で考えますが，

従来測定器での測定可能周波数：50/2.56 = 19.5Hz
新測定器の測定可能周波数：500/2.56 = 195Hz

になっていると思います。つまり従来の測定器では，せいぜい20Hzまでのひずみしか測定できなかったのに対して，新測定器では，200Hz程度までの測定が可能になっています。

ひずみ計の出力は，これらの周波数成分全てが合計されたもの(=オーバーオール値)であるため，新測定器では，今まで測定できなかった20Hz～200Hzの成分も出力しています。

カット時のように，インパルス的な入力になっていると推定される場合は，中高周波数域の振動モードが励起されていると考えられるので，恐らく，20Hz～200Hzの成分もそこそこの割合で含まれているのでしょう。

可能なら一度，新測定器でサンプリング周波数を50Hzに落としてみて，従来測定器とほぼ同等の値が出たなら，上記の原因の可能性を疑ってみて下さい。
(ひずみではないですが，同じような経験があります。)

Answer

応力波形がインパルス的に変化し、ピークを読み取ろうとした場合
インパルス波形が正弦波の半波と仮定すると
１％の誤差で読み取るにはsin^-1（0.99）=81.89°、すなわち８°おきにデータを取る必要があります。これは、半波波形を２３ポイント読み取ることになります。
ここで、半波波形の周期を0.1secとすると、サンプリング周期が4.4msecになる。
この数値は測定器の動的特性は応力変化にたいして十分な性能を持っていると
仮定したもので、測定値が安定しているようであったら測定器の周波数特性、LPFの設定等に問題があると思います。
いずれにしても、応力がどんな変化をしているか調べてみて下さい。

サンプリング周波数５０Hｚと５００Hzで測定値にバラツキはどれ位あったのでしょうか、バラツキが少なかったのであれば、サンプリング周波数より、測定器の応答性に問題があると思います。
細かいことを言うより、メーカ、測定器の仕様、型番、が分かれば開示してください。
　また、サンプリング周波数はどのようにして決めたのでしょうか、普通は応力波形が忠実に測定できるような周波数（オッシロ）で波形観測をしてサンプリング周波数を決めると思いますが、最初に５０Hzに決めた理由は？
順序が間違っているように思います。

＞１００Hzと５００Hzで歪量はほぼ同じ
歪量はどのようにして読み取ったのでしょうか。
サンプリングして読み取るということは、データは点列で読み取り、その最大値を読み取ったということですか。
　波形がインパルス的に変化するのであれば、このような処理が必要と思いますが。
今の問題解明のため応力波形を観察する時は歪計の周波数特性が５ｋHz程度ある歪計を用い、オッシロで読み取って下さい。
共和電業のPCD300Aは周波数特性がDC～200Hzで、章和のJSM-08Aはマックス
サンプリング周波数が640ＫＳ／Ｓとありますが、測定部の周波数特性がよく分かりません。
＞１００Hzと５００Hzで歪量はほぼ同じ
という事からJSM-08AはPCD300Aより周波数特性は良いと思います。
共和のPCD300Aはサンプリング周波数は最大５KHｚですが、これは２００Hzまでの現象を細かく表示するためにあるのだと思います。
従って、ここで言うサンプリング周波数はインパルス波形を忠実に測定するには高くしたほうが良いが、インパルス波形が測定器の周波数特性を越えているような場合、サンプリングを高くしても正確な測定は出来ません。
やはり、周波数特性が十分ある測定器で測定し、その結果をもとにデジタル
測定器の仕様を決めるべきだと思います。

測定に関して基本的なところが、理解されていないようにように思います。
近くにある計測専門の会社に相談されることをお勧めします。
　こんなやり方をしていたのでは品質管理は出来ないと思います。

Answer

ひずみ計測には2種類あります↓どっちを計測したいのでしょう？

動ひずみ測定器
http://www.kyowa-ei.co.jp/support/technical/tecnical_info/acquisition/dynamic_strain_measuring_instruments.html
静ひずみ測定器
http://www.kyowa-ei.co.jp/support/technical/tecnical_info/acquisition/logger

振動計
http://www.showasokki.co.jp/product/01/1332br.html
ひずみはひずみでも振動ひずみ
つまり基板が割れた振動振幅を計測してるのか？

それとひずみ計測に憑き物のローパス／ハイパスフィルタはどうしてるのでしょう？
フィルタ無し？

Answer

基板を割るときの歪のピーク値を評価しているのであれば、サンプリング
時間が1/10になれば、より高い値を検出する可能性があります。

歪みの検出器（ロードセル）の原理、その応答速度、使用するA/Dコンバー
タ変換速度、サンプリング周期、その前置アンプの応答、アンチエイリアス
フィルターのカットオフ周波数など、測定値に影響を与えるパラメータは
多岐にわたりります。

基板が分割される瞬間付近のデータではなく、もう少し小さな力（変位）を
加えた状態で、新旧測定器の表示値の差異を比べれば、応答特性による差か
絶対値の差によるものか判断がつく可能性があると思います。

＞もう少し小さな力（変位）を加えた状態で・・・・
定常的な状態をつくって比較することを言わんとしたものです。

ひずみ測定時のサンプリング周波数の違いによる歪量