一貫性を理解する

1. 定義: Coherence とは何ですか?

一貫性 （コヒーレンス関数とも呼ばれる）は、振動解析測定の品質と妥当性を判断する指標です。0から1の間の値で、特定の周波数における出力信号のうち、入力信号によって直接引き起こされる割合を示します。

一貫性 1.0 特定の周波数では、2 つの信号の間に完全な線形関係があることを意味します。その周波数での出力の 100% は入力によって発生しています。
一貫性 0.5 これは、その周波数における出力信号のエネルギーのうち、入力信号と線形関係にあるのは50%のみであることを意味します。残りの50%は、ノイズ、非線形性、その他の測定されていない入力などの他の要因によって生じます。
一貫性 0.0 つまり、その周波数では 2 つの信号間に線形関係がまったくないということです。

コヒーレンスはクロスパワースペクトル密度を使用して計算され、2 つの信号を同時に測定できるマルチチャンネルアナライザーが必要です。

Coherence は主に次の 2 つの主要領域で使用されます。

これはコヒーレンスの最も一般的かつ重要な用途です。衝撃試験（またはバンプ試験）を実施してFRFを測定する場合、コヒーレンスプロットはデータの品質を判断する上で不可欠です。

良い測定: 有効なFRFの場合、共振ピークに対応する周波数におけるコヒーレンスは1.0に非常に近い値を示す必要があります。コヒーレンスが高い場合（例えば0.95以上）、分析者は測定された応答が背景振動や測定ノイズではなく、ハンマーの衝撃によって生じたものであると確信できます。
測定不良: 共振ピークでコヒーレンスが著しく低下する場合、測定精度が低いことを示しています。これは、ハンマーの打撃精度の悪さ、ノイズの多い環境、あるいは構造応答の非線形性などが原因である可能性があります。解析者は、その衝撃によるデータを除外し、再度測定を行う必要があります。反共振（FRFの「谷」）ではコヒーレンスが低くなるのは当然ですが、これは正常な動作です。

コヒーレンスは、ある機械の振動が別の機械の振動を引き起こしているかどうかを判断するために使用できます。例えば、ポンプとモーターが共通のベース上に設置されており、モーターがポンプの振動を引き起こしていると思われる場合、次のようになります。

手続き 1つ置く加速度計モーター（入力）に加速度計を1つ、ポンプ（出力）に2つ目の加速度計を設置します。両方の信号を同時に測定し、コヒーレンスを計算します。
解釈： モーターのコヒーレンスが高い場合走る速度振動がモーターからポンプへ共通の構造を介して伝達されていることを強く示唆します。コヒーレンスが低い場合、ポンプの振動はモーターではなく、ポンプ自体の問題（例：ポンプのアンバランス、キャビテーション）によって引き起こされている可能性が高くなります。

コヒーレンス値が 1.0 未満になる原因はいくつかあります。

測定ノイズ: 外部ノイズによる入力信号または出力信号の汚染。
非線形システム: コヒーレンスは線形関係のみを測定します。システムが非線形（例えば、緩み、亀裂、流体構造相互作用など）の場合、因果関係があってもコヒーレンスは低くなります。
時間遅延: 入力信号と出力信号の間に大きな時間遅延があると、コヒーレンスが低下する可能性があります。
その他の測定されていない入力: 出力が複数のソースによって発生しており、そのうちの 1 つのソースのみを入力として測定している場合、コヒーレンスは低くなります。

要約すると、コヒーレンス関数は、FRF データの妥当性に信頼性をもたらし、振動の伝達経路を特定する際に役立つ、高度な振動測定にとって重要な品質管理ツールです。