JP2003294785A - 加速度センサの動的線形性計測方法及び装置 - Google Patents

加速度センサの動的線形性計測方法及び装置

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JP2003294785A JP2002097190A JP2002097190A JP2003294785A JP 2003294785 A JP2003294785 A JP 2003294785A JP 2002097190 A JP2002097190 A JP 2002097190A JP 2002097190 A JP2002097190 A JP 2002097190A JP 2003294785 A JP2003294785 A JP 2003294785A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業上において重要な分野で利用されている
加速度センサについて、一般的に産業分野で利用されて
いる加速度値から、さらに特殊な分野で必要な10 6m/s２
程度迄の広い加速度範囲において、動的線形性を正確且
つ容易に計測し、校正できるようにする。 【解決手段】 金属棒の一端部に二重発射管から同心円
上の２個の飛翔体を単独に、及び同時に又は所定時間間
隔で衝突させて金属棒内に弾性波パルスを発生させる。
各飛翔体の衝突で発生した弾性波パルスが金属棒の他端
部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、加速度
センサで計測し、また、前記端面の運動をレーザ干渉計
で計測し、或いは金属棒側面に設けた歪ゲージで計測
し、計測信号を演算し、また適宜補正を行う。その演算
結果と加速度センサの計測値とを時間領域及び周波数領
域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は、例えば車両衝突
安全、ロボット、輸送機器、原子力発電関連諸機器、船
舶、宇宙航空機器、マイクロ運動デバイス等の、運動の
計測が必要不可欠な分野において用いる、加速度を計測
する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば車両衝突安全、ロボッ
ト、輸送機器、原子力発電関連諸機器、船舶、宇宙航空
機器、マイクロ運動デバイス等の、運動の計測が必要不
可欠な分野においては加速度センサが用いられている。
このような加速度センサによる正確な計測を維持するた
めにはその加速度センサの定期的な校正が必要となる。
その校正に際して、従来最も信頼性が高い方法として、
振動台に加速度センサを固定し、該振動台の運動をレー
ザ干渉計で計測し、その計測値と該振動台に固定した加
速度センサの出力値とを比較することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の加速度の校正技術においては、産業界が必要
とする加速度レベル、周波数範囲における動的線形性の
測定に関しては未だその技術が確立されておらず、した
がってその技術の国際規格は未だに定められていないの
が実状である。
【０００４】一方、従来の加速度センサとして圧電加速
度センサが存在する。この圧電加速度センサにおいて
は、非常に高い衝撃加速度まで計測できる特徴があり、
その製品が市場に出て利用されている。しかしながら、
このような圧電加速度センサにおいても、動的計測で非
常に重要な要素である動的線形性を計測する手法は提案
すらされておらず、したがって１０６m/s２程度の高い
加速度レベル迄、実際に動的線形性が成立するのかは全
く知られておらず、その点でこのセンサの信頼性が不十
分である。
【０００５】一方、加速度の検出分野として地震計が存
在するが、地震の計測のような低周波数での加速度計測
では、振動台の寄生横揺れ振動の影響を評価する必要が
あるにもかかわらず、その評価が困難であり、同時に直
線性の高い低周波数振動を実現することも困難であるこ
とから、直流分から加速度を計測できる加速度センサ
は、いまだに静的な校正しかなされていない。
【０００６】したがって本発明は、産業上において重要
な分野で利用されている加速度センサについて、その分
野で一般的に利用されている加速度値から、更に１０６
m/s ２程度迄の広い加速度範囲において、この加速度セ
ンサの動的線形性を正確且つ容易に計測し、加速度セン
サの校正を容易に行うことができるようにした加速度セ
ンサの校正方法及びその方法を実施する装置を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を以下
に記載する基本的な考え方により解決したものである。
即ち、一般に計測技術分野においては線形性が成り立た
なければ、正確な計測は成り立たない。動的計測におい
ても線形性は重要であるが、ゲインおよび位相に関して
動的線形性を確かめることは一般に容易ではない。しか
し、一般的定義としては、動的線形性は、入力信号ｘ
(t)に対する出力信号をＸ(t)をとして、入力信号ｙ(t)
に対する出力信号をＹ(t)とするとき、任意定数ａ、ｂ
を用いて、入力信号ａ・ｘ(t)＋ｂ・ｙ(t)に対する出力
信号がａ・Ｘ(t)＋ｂ・Ｙ(t)となれば、動的線形性が成
立する。
【０００８】金属棒端面に測定対象の加速度センサを取
り付け、棒の端面に内側発射管から発射される内側飛翔
体を衝突させることによって発生した弾性波パルスがも
う一方の端面に到達したときに生じる端面の運動加速度
即ち加速度センサへの入力加速度信号ａin,１(t)と加速
度センサの出力ａout・１(t)を求める。次に、棒の端面
に外側発射管から発射される外側飛翔体を衝突させるこ
とによって発生した弾性波パルスがもう一方の端面に到
達したときに生じる端面の運動加速度すなわち加速度セ
ンサへの入力加速度信号ａin,２(t)と加速度センサの出
力ａout・２(t)を求める。
【０００９】最後に内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金
属棒に衝突させた時に、加速度センサへの入力信号とし
て作用する加速度信号は、弾性波の線形性から、ａ
in,１(t)＋ａin,２(t)となる。この時に加速度センサの
出力信号をａout(t)とする。線形性が成立するとすれ
ば、出力信号は、ａout・１(t)＋ａout・２(t)となるか
ら、この信号と、ａout(t)を周波数領域あるいは時間領
域で比較することによって、加速度センサの動的線形性
をゲイン、位相に関して計測するという方法及びその方
法を実施する装置とする。上記飛翔体が同時に発射され
る時の内側発射管からの飛翔体および外側発射管からの
飛翔体は、それぞれ単独で発射される場合と同一形状で
あり、かつ発射圧力、発射管の内部での初期位置などが
同一条件でなければならない。
【００１０】上記基本的な考え方を元に、本発明は特許
請求の範囲に記載した構成を備えるものであり、請求項
１に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同
心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛
翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒
内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によ
って発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達
したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設け
た加速度センサで前記端面の運動加速度を計測し、前記
端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する光学
測定器の信号を演算して求め、前記加速度センサの加速
度出力信号と、前記光学測定器で計測し演算した運動加
速度とを時間領域及び周波数領域で比較することにより
加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加
速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１１】また、請求項２に係る発明は、金属棒の一
端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔
体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間
間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生さ
せ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルス
が前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運
動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面
の運動加速度を各々計測し、前記金属棒側面に設けた歪
ゲージによって前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パ
ルスの歪みを各々計測し、前記加速度センサの出力信号
と、前記歪ゲージの計測信号とを時間領域及び周波数領
域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求
めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方
法としたものである。
【００１２】また、請求項３に係る発明は、金属棒の一
端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔
体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間
間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生さ
せ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルス
が前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運
動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面
の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に軸線方向複数
箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表
位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パル
スの歪みを各々計測し、前記加速度センサの出力信号
と、前記歪ゲージの出力信号とを時間領域及び周波数領
域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求
めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方
法としたものである。
【００１３】また、請求項４に係る発明は、金属棒の一
端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔
体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間
間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生さ
せ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルス
が前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運
動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面
の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に設けた歪ゲー
ジによって前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルス
の歪みを各々計測し、前記歪ゲージの計測信号に対して
弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応
じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号と、
前記歪ゲージからの前記補正演算した加速度信号とを時
間領域及び周波数領域で比較することにより加速度セン
サの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサ
の動的線形性計測方法としたものである。
【００１４】また、請求項５に係る発明は、金属棒の一
端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔
体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間
間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生さ
せ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルス
が前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運
動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面
の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に軸線方向複数
箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表
位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パル
スの歪みを各々計測し、前記歪ゲージの計測信号に対し
て弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に
応じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号
と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間
領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサ
の動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの
動的線形性計測方法としたものである。
【００１５】また、請求項６に係る発明は、金属棒の一
端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔
体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間
間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生さ
せ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルス
が前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運
動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面
の運動加速度を各々計測し、前記金属棒側面に設けた歪
ゲージによって前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パ
ルスの歪みを各々計測し、前記端面の運動を計測する光
学測定器の信号により、前記歪ゲージの計測信号に対し
て弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に
応じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号
と、前記歪ゲージからの前記補正演算した加速度信号と
を時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度
センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度セ
ンサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１６】また、請求項７に係る発明は、金属棒の一
端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔
体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間
間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生さ
せ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルス
が前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運
動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面
の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に軸線方向複数
箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表
位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パル
スの歪みを各々計測し、前記端面の運動を計測する光学
測定器の信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して
弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応
じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号と、
前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間領域
及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動
的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的
線形性計測方法としたものである。
【００１７】また、請求項８に係る発明は、前記歪ゲー
ジを前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に複数設
け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請
求項２乃至７のいずれか一つに記載の加速度センサの動
的線形性計測方法としたものである。
【００１８】また、請求項９に係る発明は、前記軸線方
向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金
属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設け、各
歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項３
または請求項７記載の加速度センサの動的線形性計測方
法としたものである。
【００１９】また、請求項１０に係る発明は、前記光学
機器はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１、
６、７のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形
性計測方法としたものである。
【００２０】また、請求項１１に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記端面の運動速度を計測し運動加速度として演算する光
学測定器と、前記加速度センサの出力信号と、前記光学
測定器で計測し演算した運動加速度とを時間領域及び周
波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とす
る加速度センサの動的線形性計測装置としたものであ
る。
【００２１】また、請求項１２に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設け
た歪ゲージと、前記加速度センサの出力信号と、前記歪
ゲージの計測信号とを時間領域及び周波数領域で比較す
る比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの
動的線形性計測装置としたものである。
【００２２】また、請求項１３に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し
軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、前記加速度セン
サの出力信号と、前記各歪ゲージの代表位置における前
記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪計測信号
とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備
えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装
置としたものである。
【００２３】また、請求項１４に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設け
た歪ゲージと、前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波
パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補
正演算を行う演算手段と、前記加速度センサの出力信号
と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間
領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたこと
を特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置とした
ものである。
【００２４】また、請求項１５に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し
軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、前記歪ゲージの
計測信号により代表位置の計測信号を求め、該代表位置
の計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波
動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前
記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信号
に基づく前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数
領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加
速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２５】また、請求項１６に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設け
た歪ゲージと、前記端面の運動を計測する光学測定器
と、前記光学測定器の信号により前記歪ゲージの計測信
号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分
散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、記加速度
センサの出力信号と、前記歪ゲージのからの前記補正演
算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較
手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線
形性計測装置としたものである。
【００２６】また、請求項１７に係る発明は、前記歪ゲ
ージを前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に複数
設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする
請求項１２、１４、１６のいずれか一つに記載の加速度
センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２７】また、請求項１８に係る発明は、前記光学
測定器の信号により前記歪ゲージの計測信号に対して弾
性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じ
た補正演算を行う際には、金属棒に前記加速度センサを
取り付けない状態で行うことを特徴とする請求項１６ま
たは１７記載の加速度センサの動的線形性計測装置とし
たものである。
【００２８】また、請求項１９に係る発明は、二重の発
射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独
に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒
の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生
させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生し
た弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに
生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前
記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し
軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、前記端面の運動
を計測する光学測定器と、前記光学測定器の信号により
前記各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突に
より生じた弾性波パルスの歪計測信号に対して弾性波パ
ルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正
演算を行う演算手段と、前記加速度センサの出力信号
と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間
領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたこと
を特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置とした
ものである。
【００２９】また、請求項２０に係る発明は、前記軸線
方向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記
金属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設けた
ことを特徴とする請求項１３または請求項１９記載の加
速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３０】また、請求項２１に係る発明は、前記光学
測定器はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１
１、１６、１９、２０のいずれか一つに記載の加速度セ
ンサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３１】また、請求項２２に係る発明は、前記光学
測定器の信号により前記各歪ゲージの代表位置における
前記運動加速度により生じた歪計測信号に対して弾性波
パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補
正演算を行う際には、前記金属棒に加速度センサを取り
付けて行うことを特徴とする請求項１９乃至２１のいず
れか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置と
したものである。
【００３２】また、請求項２３に係る発明は、前記飛翔
体が異なる材料の積層構造をもつことを特徴とする請求
項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの
動的線形性計測装置としたものである。
【００３３】また、請求項２４に係る発明は、前記発射
装置は、内側発射管、外側発射管各々を多重発射管とす
ることにより、外側発射管、及び内側発射管から発射さ
れる飛翔体を多重化し、各々において飛翔体の発射の位
相を制御することによって、金属棒内部に発生する弾性
波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項
１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動
的線形性計測装置としたものである。
【００３４】また、請求項２５に係る発明は、前記金属
棒中の弾性波伝播の理論よって、歪ゲージ出力信号から
端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求める際
に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項を用いるこ
とを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれか一つに記
載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものであ
る。
【００３５】また、請求項２６に係る発明は、前記金属
棒中の弾性波伝播の理論よって、歪ゲージ出力信号から
端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求める際
に、スカラクの解析解の高次の項迄を用いることを特徴
とする請求項１２乃至２２のいずれか一つに記載の加速
度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３６】また、請求項２７に係る発明は、金属棒端
面の運動加速度計測、運動速度計測結果或いは歪ゲージ
計測、波動伝播理論から導かれる加速度センサ入力加速
度信号と加速度センサの出力信号を、周波数領域で比較
することにより加速度センサの動的線形性を計測するこ
とを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記
載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものであ
る。
【００３７】また、請求項２８に係る発明は、前記２個
の飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、第１の飛翔
体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの
入力過渡加速度信号と、第２の飛翔体が金属棒に衝突し
たときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号
とが、両飛翔体を同時に発射したときに発生する加速度
センサへの入力過渡加速度信号を最も良く適合するパラ
メータとして求め、各飛翔体をそれぞれ単独で発射した
ときに得られる加速度センサの出力信号、両飛翔体を所
定時間差で発射した時に得られる加速度センサの出力信
号から加速度センサの動的線形性を計測する動的線形性
演算手段を備えたことを特徴とする請求項１１乃至２２
のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測
装置としたものである。
【００３８】また、請求項２９に係る発明は、前記金属
棒軸を軸線方向への剛性運動を拘束しないような点接触
による支持手段により、水平に支持したことを特徴とす
る請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度セ
ンサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３９】また、請求項３０に係る発明は、前記飛翔
体の発射装置は、前記金属棒端面に金属球を接触させ、
前記二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体
を、該金属球に対して発射時期を精密に制御して発射さ
せ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴
とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速
度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００４０】また、請求項３１に係る発明は、波動の分
散、波動の減衰、音速値の不確かさ、加速度センサの質
量、ゲージの周波数応答などを補正する補正関数と、ゲ
ージが貼り付けられた金属棒とを、個別の加速度センサ
に対応するために必要不可欠な交換部品セットとするこ
とを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれか一つに記
載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものであ
る。
【００４１】
【発明の実施の形態】本発明は種々の態様によって実施
することができるが、図１に示す実施例においては、金
属棒１の第１端面２に後述するような飛翔体３を衝突さ
せて衝撃を加え、内部に弾性波パルスを発生させるもの
であり、中心発射管４、外側発射管５の二重の多重発射
管７を用い、この多重発射管７から内外２個の多重の飛
翔体３を発射させる。図示実施例では中心発射管４の内
部から略円筒状の内側飛翔体８を内側発射装置９によ
り、また中心発射管４と外側発射管５との間の環状空間
から環状の外側飛翔体１０を外側発射装置１１により各
々独立して発射できるようにしている。この発射の状態
はレーザ光源２７からのレーザを金属棒１の前方におい
て、２本間隔を設けて照射し、このレーザ光を遮る状態
を受光素子２８、２８で検出し、その時間差をカウンタ
２９によって計測し、そのデータをパソコン２６に入力
して検出することができる。
【００４２】上記各飛翔体の発射に際しては、弁開閉制
御装置１５により第１弁１６を解放し、第１高圧空気源
１７からの高圧空気を内側発射装置９に供給することに
より、内側発射管４内の内側飛翔体８を金属棒１の第１
端面２に向けて発射させる。内側飛翔体８が金属棒１の
第１端面２に衝突すると、金属棒１内には衝撃加速度の
弾性波が発生して金属棒１内を伝播する。また、弁開閉
制御装置１５により前記第１弁１６の解放後の所定時間
後に第２弁１８を解放し、第２高圧空気源１９からの高
圧空気を外側発射装置１１に供給することにより、中心
発射管４と外側発射管５との間に配置した環状の外側飛
翔体１０を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。
外側飛翔体１０が金属棒１の第１端面２に衝突すると、
金属棒１内には前記と同様の衝撃加速度の弾性波が前記
第１飛翔体８の衝突による弾性波の発生に対して時間遅
れで発生し金属棒１内を伝播する。
【００４３】このようにして金属棒１内に発生した各衝
撃加速度の弾性波により、金属棒１内には合成衝撃加速
度の波形が生じることとなり、この波形が金属棒１の第
２端面２２に対して伝播する。このように、飛翔体を複
数用い、各飛翔体の発射時期を任意に設定することによ
り、重ね合わせの原理により全体として所定の継続時間
の衝撃加速度波形を発生することが可能となる。
【００４４】これらの発射管４、５の各飛翔体８、１０
との接触面、または各飛翔体の外周面には潤滑処理、或
いは低摩擦係数化する表面処理層を設けることが好まし
い。また、個々の飛翔体の発射により金属棒１内部に発
生する弾性波パルスの周波数帯域を狭くするために、飛
翔体先端部に高分子材料、プラスティックス、木材など
を取り付けても良い。その際には、飛翔体本体部が金
属、高分子材料、あるいはプラスティックス、木材など
異なる材料との積層構造をもつような多重飛翔体を用い
ても良い。
【００４５】上記のような金属棒１の第１端面２におい
て発生した弾性波パルスは、金属棒１内部を伝播しても
う一方の第２端面２２に到達して反射する。反射の過程
で発生する端面に垂直な方向の衝撃加速度が、その端面
に取りつけた校正対象である加速度センサ２３への入力
となる。また、衝撃加速度の精密な測定は歪ゲージ２
５、またはレーザ干渉計２４により、更には必要に応じ
て両方を用いることにより測定し、加速度センサ２３の
計測値と比較を行う。
【００４６】発生する衝撃加速度の検出に際して棒側面
に貼り付けた歪ゲージ２５を用いる際には、歪ゲージ２
５を単体で実施することができるが、金属棒の軸線方向
に一列に複数配置しても良く、この列を更に複数列配置
しても良い。図１に示す例においては、第１端面２から
１列に、Ｌ１、Ｌ２、ＬＮずつ離れてＮ個配置し、これ
を３列配置した例を示している。複数個の歪ゲージを用
いる際には、各ゲージの出力信号を演算装置としてのパ
ソコン２６に入れ、これを信号処理して代表位置でのゲ
ージ出力の周波数特性を求め、予め求めておいた補正関
数を用いてレーザ干渉計２４で計測した結果と同等の結
果が得られるようにする。なお、上記実施例において
は、レーザ干渉計２４と歪ゲージ２５を用いた例を示し
ているが、いずれか片方のみでも本発明を実施すること
ができる。
【００４７】上記装置において、種々の態様で本発明を
実施することができるが、入力加速度をレーザ干渉計に
よる速度の計測から求めて、加速度センサの動的線形性
を計測する場合は、以下のような手法により、また以下
のような理論によって行われれる。即ち、発射管から発
射された飛翔体が、金属棒端面に衝突して発生した弾性
波パルスが加速度センサを取り付けた端面に到達して反
射するときに発生する時間（ｔ）の関数としての衝撃的
加速度（ａ(t)）は、金属棒内部の縦波弾性波速度
（Ｃ）と端面での入射弾性波パルスのひずみ（ε(t)）
とによって、以下の式で表される。なお、・は時間に関
する微分を表す。
【数１】 （１．１）
【００４８】そこで、内側発射管から飛翔体が発射され
る場合に端面に発生する加速度と入射弾性波パルスのひ
ずみを、それぞれａin,1(t)、εin,1(t)とする。外側発
射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する加速
度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれａ
in,2(t)、εin,2(t)、とすると以下の式が成立する。
【数２】 （１．２）
【数３】 （１．３）
【００４９】レーザ干渉計で計測できるのは端面の運動
速度であるから、内側発射体と外側発射体によりそれぞ
れ発生する端面の運動速度をｖin,1(t)、ｖin,2(t)とす
ると以下の数式が成立する。
【数４】 （１．４）
【数５】 （１．５）
【００５０】したがって、内側飛翔体を単独で発射した
場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、また、内側飛
翔体と外側飛翔体を同時に、且つ前記単独で発射したと
きと同一の条件で発射した場合の各レーザ干渉計で計測
する端面の運動速度を、それぞれｖin,L,1(t)、ｖ
in,L,2(t)、ｖin,L,1+2(t)とすると以下の式が成立す
る。
【数６】 （１．６）
【数７】 （１．７）
【数８】 （１．８）
【００５１】その時の加速度センサの出力信号をそれぞ
れの場合で、ａout,L,1(t)、ａout, L,2(t)、ａ
out,L,1+2(t)とすると、下記の（１．９）式が成立する
範囲内で、（１．１０） 式が成立する周波数範囲、加
速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的
線形性を計測することができる。
【数９】 （１．９）
【数１０】 （１．１０）
【００５２】なお、内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同
時でない場合には、その時間差をΔｔとすると、次の
（１．１１）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明
らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測
することができる。
【数１１】 （１．１１）
【００５３】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任
意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に
複数設け、その計測信号をそのまま用いて、加速度セン
サの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法に
より、また以下のような理論によって行われれる。即
ち、図１に示す装置の例において、飛翔体の衝突する端
面から距離Ｌ１に貼ってある歪ゲージの出力信号につい
て、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単
独で発射した場合、また、内側飛翔体と外側飛翔体を同
時に、且つ前記単独で発射したときと同一の条件で発射
した場合の各々について、εL1,out,1(t)、ε
L1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)とする。この場合、ひず
みゲージの周波数応答特性、弾性波の分散、減衰、音速
値の不確かさなどを考慮しないので、ゲージの出力信号
である歪みがそのまま加速度センサ取り付け面への入射
弾性波パルスの歪みになるとみなす。
【００５４】εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、ε
L1,out,1+2(t)に対応する加速度センサの出力信号を、
ａL1,out,1(t)、ａL1,out,2(t)、ａL1,out,1+2(t)とす
れば、（２．１）式が成立する範囲内で、（２．２）式
が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすること
により加速度センサの動的線形性の計測を行うことがで
きる。
【数１２】 （２．１）
【数１３】 （２．２）
【００５５】なお、内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同
時でない場合には、その時間差をΔｔとすると、次の
（２．３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明ら
かにすることにより加速度センサの動的線形性を計測す
ることができる。
【数１４】 （２．３）
【００５６】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、
軸線方向に沿って複数個設け、各歪ゲージの出力をその
まま用いて、加速度センサの動的線形性を計測する場合
は、以下のような手法により、また以下のような理論に
よって行われる。即ち、図１に示す装置の例において、
金属棒の軸方向に複数個設ける歪ゲージは、金属棒の衝
撃端面である第１端面から、Ｌｎ（ｎ＝１・・・Ｎ）だ
け離れた位置に貼られているとする。また、棒の軸方向
の複数位置に貼り付けたゲージの代表位置をＬ １とす
る。この場合、各Ｌｎ（ｎ＝１・・・Ｎ）位置におい
て、加速度センサを取りつけた端面への入射波と、反射
波は分離して観察されなければならない。
【００５７】弾性波の伝播理論から衝撃端面から十分離
れた丸棒断面での弾性波パルスの歪みは、平面波となる
ため衝撃端面からの距離ｚと時間ｔ（ｔ＝０で飛翔体の
衝突が始まるとする）で解析的に表すことが可能であ
る。そこで、平面波としての丸棒内部のひずみ（ε(z,
t)）を次式で表すことにする。
【数１５】 （３．１）
【００５８】但し、Ｆ(z,t)は次のように表される。
（スカラク（Skalak）の解、級数展開の第一項目）
【数１６】 （３．２） 但しここで、 ｔ ：時刻 ｌｐ：飛翔体の長さ Ｃｐ：飛翔体の中の縦波弾性波の伝播速度 εｔ(t,z)：スカラクの解析解の一次項
【数１７】 （３．３）
【数１８】 （３．４）
【数１９】 （３．５） 但しここで、 Ｖ１：飛翔体の衝突速度 ｔ：衝突後の経過時間 ν：ポアソン比 Ｄａ：金属棒の直径 ｚ：金属棒の軸方向の座標
【００５９】多数のひずみゲージを用いて感度を上げる
ために、以下の手順を取る。位置Ｌ ｎ（ｎ＝１・・・
Ｎ）における複数個のゲージ出力の断面での平均値を、
εＬｎ(t)（ｔ＝０は衝突開始時間）とする。波動伝播
に時間がかかり、位置Ｌｎ（ｎ＝１・・・Ｎ）における
ひずみゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手
順により前記（３．３）式を用いて代表位置Ｌ１に貼っ
てあるゲージの出力と等価な出力に変換することができ
る。
【数２０】 （ｎ＝２・・・Ｎ） （３．６） ここで、
【数２１】 は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。したが
って、代表位置における弾性波パルスの歪みεｒ(Ｌ1,
t)は以下の式で表される。
【数２２】 （３．７）
【００６０】このように複数の歪ゲージを用い、出力信
号の加算平均を計算することにより、ノイズの影響を減
らし微小動的歪の計測が可能になる。上記の態様におい
ては、代表位置から加速度センサ取りつけ端面までの弾
性波パルスの伝播による弾性波動の分散、減衰などは考
慮しない。歪ゲージの動特性を考慮した補正も行わな
い。そこで、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛
翔体を単独で発射した場合、また、内側飛翔体と外側飛
翔体を同時に、且つ前記単独で発射したときと同一の条
件で発射した場合の各々について、代表位置における代
表ひずみ信号を、εｒ,1(Ｌ1,t) 、εｒ,2(Ｌ1,t) 、ε
ｒ,1+2(Ｌ1,t) とすると、複数個のひずみゲージの代表
位置から加速度センサ取りつけ端面までの距離は、Ｌ−
Ｌ１であるから、それぞれの場合に加速度センサ取りつ
け端面に発生する加速度ａ(t)は,次式で表される。
【数２３】 （３．８）
【数２４】 （３．９）
【数２５】 （３．１０）
【００６１】上記（３．８）、（３．９）、（３．１
０）の入力加速度に対応する加速度センサの出力信号を
それぞれ、ａr out,1(t)、ａr out,2(t) 、ａr out,1+2(t)
とすると、次の（３．１１）式が成立する範囲内で
（３．１２）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明
らかにすることことにより加速度センサの動的線形性を
計測することができる。
【数２６】 （３．１１）
【数２７】 （３．１２）
【００６２】内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でな
い場合には、その時間差をΔｔとすると次の（３．１
３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにす
ることにより加速度センサの動的線形性を計測すること
ができる。が動的線形性の計測である。
【数２８】 （３．１３）
【００６３】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任
意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に
複数設け、その計測信号を理論的に補正して、金属棒の
端面への入射弾性波パルスの歪みを求め、加速度センサ
の動的線形性を計測する場合は、以下のような手法によ
り、また以下のような理論によって行われれる。即ち、
図１に示す装置の例において、軸方向の一箇所に貼り付
けた歪ゲージ出力を、弾性波理論で補正して端面への入
射弾性波パルスを求める。しかし、このときゲージの周
波数応答は無視される。前記（１．２）式、（１．３）
式で示される歪信号は、衝突端面から距離Ｌ１の位置に
貼られているとし、内側飛翔体のみの衝突で発生した歪
信号をεin,1(Ｌ1,t)、外側飛翔体のみの衝突で発生し
た歪信号をεin,2(Ｌ1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が
同時に衝突した時の歪信号をεin, 2(Ｌ1,t)とすると以
下の式が成立する。
【数２９】 （４．１）
【００６４】εin,1+2(t) 、εin,1+2(Ｌ1,t) を、内側
飛翔体と外側飛翔体を同時に発射した時の、加速度セン
サを取り付けた端面への入射弾性波パルスのひずみ、衝
突端面から距離Ｌ１に貼られた歪ゲージの出力信号とす
る。前記（３．１４）式から求まるεin,1(t) 、εin,2
(t) 、εin,1+2(t) 及び各々に対応する加速度センサの
出力信号、ａout,1(t)、ａout,2(t) 、ａout,1+2(t)を
用いると、次の（４．２）式が成立する周波数、加速度
範囲内において、（４．３）式が成立する周波数範囲、
加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動
的線形性を計測することができる。
【数３０】 （４．２）
【数３１】 （４．３）
【００６５】内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でな
い場合には、その時間差をΔｔとすると次の（４．４）
式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにするこ
とにより加速度センサの動的線形性を計測することがで
きる。
【数３２】 （４．４）
【００６６】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、
軸線方向に沿って複数個設け、これらの歪ゲージから得
られる出力を理論的に補正して、端面への入射弾性波パ
ルスの歪みを求め、加速度センサの動的線形性を計測す
る場合は、以下のような手法により、また以下のような
理論によって行われる。即ち、図１に示す装置の例にお
いて、軸方向に複数個貼り付けたひずみゲージ出力から
代表値を計算する方法として前記（３．７）式に示す方
法を用い、衝撃端面からの所定距離の代表位置における
歪ゲージ出力信号を、内側飛翔体を単独で発射する場合
（εr,1(Ｌ1,t)）、外側飛翔体を単独で発射する場合
（εr,2(Ｌ1,t)）、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金
属棒に衝突させる場合（εr,1+2(Ｌ1,t））について求
める。
【数３３】 （５．１）
【００６７】εr,1(Ｌ1,t)、εr,2(Ｌ1,t)、εr,1+2(Ｌ
1,t）のそれぞれに対応する加速度センサの出力を、ａ
rc out,1(t)、ａrc out,2(t) 、ａrc out,1+2(t) とする。
このように決めれば、次の（５．２）式が成立する周波
数、加速度範囲内において、（５．３）式が成立する周
波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度
センサの動的線形性を計測することができる。
【数３４】 （５．２）
【数３５】 （５．３）
【００６８】内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でな
い場合には、その時間差をΔｔとすると次の（５．４）
式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにするこ
とにより加速度センサの動的線形性を計測することがで
きる。
【数３６】 （５．４）
【００６９】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任
意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に
複数設け、その計測信号をレーザ干渉計で計測した結果
により補正して、金属棒の端面への入射弾性波パルスの
歪みを求め、加速度センサの動的線形性を計測する場合
は、以下のような手法により、また以下のような理論に
よって行われれる。即ち、図１に示す装置の例におい
て、干渉計により棒端面の運動速度（ｖL(t)）が測定さ
れ、入射弾性波パルスの歪み（εiL(t)）との関係は、
ｖL(t)＝２ＣεiL(t) で表される。入力加速度の線形性
を検証するためにひずみゲージ出力から加速度センサへ
の入力加速度を推定するときに、ゲージの周波数応答を
補正し、弾性波動の伝播の分散、減衰、加速度センサの
質量の影響などを干渉計出力をもとに補正する。
【００７０】軸方向に一箇所に貼り付けてあるひずみゲ
ージの衝突端面からの位置を、Ｌ１とする。ゲージから
の出力信号について、内側飛翔体が単独で発射された場
合をεL1,out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場
合をεL1,out,2(t) 、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に
発射される場合をεL1,out,1+2(t) とする。このとき、
ゲージの出力信号を加速度センサ取り付け端面への入射
弾性波パルスのひずみに変換する以下の補正関数（ＧCL
(jω））を求める。
【数３７】 （６．１）
【００７１】このように決めれば、内側飛翔体が単独で
発射された場合の加速度センサ出力をａCL1 out,1(t)、
外側飛翔体が単独で発射された場合の加速度センサ出力
をａC L1 out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発
射される場合の加速度センサ出力をａCL1 out,1+2(t) と
して、次の（６．２）式が成立する周波数、加速度範囲
内において、（６．３）式が成立する周波数範囲、加速
度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線
形性を計測することができる。
【数３８】 （６．２）
【数３９】 （６．３）
【００７２】内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でな
い場合には、その時間差をΔｔとすると次の（６．４）
式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにするこ
とにより加速度センサの動的線形性を計測することがで
きる。
【数４０】 （６．４）
【００７３】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、
軸線方向に沿って複数個設け、これらの歪ゲージから得
られる出力をレーザ干渉計で計測した結果により補正し
て、端面への入射弾性波パルスの歪みを求め、加速度セ
ンサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法
により、また以下のような理論によって行われる。即
ち、図１に示す装置の例において、前記（３．７）式で
求められる代表位置におけるひずみゲージ出力信号に関
して、内側飛翔体が単独で発射された場合をε
N r ,1(Ｌ1,t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεN
r,2(Ｌ1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射され
る場合をεN r,1+2(Ｌ1,t) とする。
【００７４】内側飛翔体が単独で発射された場合の加速
度センサ出力をａCLN out,1(t)、外側飛翔体が単独で発
射された場合の加速度センサ出力をａCLN out,2(t)、内
側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の加速度
センサ出力をａCLN out,1+2(t) として、次の（７．１）
式が成立する周波数、加速度範囲内において、（７．
２）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにす
ることにより加速度センサの動的線形性を計測すること
ができる。
【数４１】 （７．１）
【数４２】 （７．２）
【００７５】内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でな
い場合には、その時間差をΔｔとすると次の（７．３）
式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにするこ
とにより加速度センサの動的線形性を計測することがで
きる。
【数４３】 （７．３）
【００７６】本発明は上記のような加速度センサの動的
線形性を計測する手段を基本とし、更に種々の態様で実
施することができ、前記のように飛翔体の先端部に高分
子材料、プラスチックスなどを取り付けて積層化し、或
いは飛翔体本体内部が金属、高分子材料、或いはプラス
チックスなどの異なる材料を適宜積層して全体として積
層構造をもつような飛翔体を用いることにより、金属棒
内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を任意に制御
してもよい。
【００７７】また、発射管を内側発射管と外側発射管の
二重にしたものにおいて、この発射管から同心円上に配
置した２個の飛翔体を発射させるに際し、内側発射管、
外側発射管各々を多重発射管とすることにより、外側発
射管、および内側発射管から発射される飛翔体を多重化
し、各々において飛翔体の発射の位相を制御することに
より、金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯
域化する手法を採用しても良い。
【００７８】また、金属棒中の弾性波伝播の理論よって
歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過
渡ひずみ信号を求める際に、スカラクの解析解の少なく
とも１次の項を用いても良く、更に精度をあげるために
解析解の高次の項迄をも用いても良い。
【００７９】また、金属棒端面の運動加速度計測、運動
速度計測結果あるいは歪ゲージ計測、波動伝播理論から
導かれる加速度センサ入力加速度信号と加速度センサの
出力信号を周波数領域で比較することにより、加速度セ
ンサの周波数応答特性を求めるための前提として必要不
可欠である加速度センサの動的線形性を計測することが
できるようになる。
【００８０】また、二個の飛翔体の衝突の非同時性を考
慮するために、内側発射管からの第１飛翔体と外側発射
管からの第２飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差（Δ
ｔ）を、第１飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する
加速度センサへの入力過渡加速度信号と第２飛翔体が金
属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過
渡加速度信号が、両飛翔体を同時に発射したときに発生
する加速度センサへの入力過渡加速度信号を最も良く適
合するようなパラメータとして求め、第１飛翔体および
第２飛翔体をそれぞれ単独で発射した場合に得られる加
速度センサの出力信号、時間差があるが第１飛翔体と第
２飛翔体をほぼ同時に発射した時に得られる加速度セン
サの出力信号から加速度センサの動的線形性を計測する
ようにしても良い。
【００８１】また、弾性波パルスを伝播させる金属棒を
水平に維持し、軸方向への剛体運動を拘束しないよう
に、ボールベアリング、コロ軸受けなどを利用して点接
触によって支持し、弾性波の伝播への影響を最小限にす
るようにしても良い。
【００８２】また、金属丸棒端面に金属球を接触させる
ように取り付け、その球に対して同心円状の多重の発射
管から、発射タイミングを精密に制御した飛翔体を発射
させて、金属棒内部に弾性波パルスを発生させるように
しても良い。
【００８３】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任
意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に
複数設けるとき、歪ゲージの出力信号に対して、波動の
分散、減衰、音速値の不確かさ、を補正するための補正
関数をレーザ干渉計による計測結果から求める場合に、
弾性波パルスが伝播する金属棒端面に加速度センサを取
り付けないで求めるようにしても良い。
【００８４】また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、
軸線方向に沿って複数個設け、或いは、前記軸線方向複
数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金属棒
の一端面から同一距離の円周上に各々複数設け、各歪ゲ
ージの出力信号に対して、波動の分散、減衰、音速値の
不確かさ、加速度センサの質量、加速度センサの取り付
け部分の影響、を補正するための補正関数をレーザ干渉
計による計測結果から求める場合に、弾性波パルスが伝
播する金属棒端面に加速度センサを取り付けた状態で求
めるようにしても良い。
【００８５】また、波動の分散、波動の減衰、音速値の
不確かさ、加速度センサの質量、ゲージの周波数応答な
どを補正する補正関数と、ゲージが貼り付けられた金属
棒を個別の加速度センサに対応するための必要不可欠な
交換部品セットとしても良い。
【発明の効果】
【００８６】本発明は上記のように構成したので、産業
上において重要な分野で利用されている加速度センサに
ついて、その分野で一般的に利用されている加速度値か
ら、更に１０６m/s２程度迄の広い加速度範囲におい
て、この加速度センサの動的線形性を正確且つ容易に計
測し、加速度センサの校正を容易に行うことができる。
それにより加速度計測一次標準の確立に貢献できると共
に、加速度計測二次標準の確立にも貢献することがで
き、加速度センサによる計測の信頼性が向上し、高衝撃
加速度計測の信頼性が向上する。また、加速度センサの
周波数特性評価の信頼性が向上し、加速度センサの動的
線形性に関する国内規格が定められると共に、加速度セ
ンサの動的線形性に関する国際規格を定めることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するシステム概要を示す構成図で
ある。
【符号の説明】 １ 金属棒 ２ 第１端面 ３ 飛翔体 ４ 中心発射管 ５ 外側発射管 ７ 多重発射管 ８ 内側飛翔体 ９ 内側発射装置 １０ 外側飛翔体 １１ 外側発射装置 １５ 弁開閉制御装置 １６ 第１弁 １７ 第１高圧空気源 １８ 第２弁 １９ 第２高圧空気源 ２３ 加速度センサ ２４ レーザ干渉計 ２５ 歪ゲージ ２６ パソコン ２７ レーザ光源 ２９ カウンタ

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を計測し、 前記端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する
    光学測定器の信号を演算して求め、 前記加速度センサの加速度出力信号と、前記光学測定器
    で計測し演算した運動加速度とを時間領域及び周波数領
    域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求
    めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方
    法。
  2. 【請求項２】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を各々計測し、 前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝
    突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信
    号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加
    速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速
    度センサの動的線形性計測方法。
  3. 【請求項３】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を計測し、 前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの
    信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体
    の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信
    号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加
    速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速
    度センサの動的線形性計測方法。
  4. 【請求項４】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を計測し、 前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって前記飛翔体の
    衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、 前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理
    論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前
    記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較
    することにより加速度センサの動的線形性を求めること
    を特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法。
  5. 【請求項５】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を計測し、 前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの
    信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体
    の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、 前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理
    論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前
    記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較
    することにより加速度センサの動的線形性を求めること
    を特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法。
  6. 【請求項６】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を各々計測し、 前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって前記飛翔体の
    衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、 前記端面の運動を計測する光学測定器の信号により、前
    記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論
    によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前
    記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較
    することにより加速度センサの動的線形性を求めること
    を特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法。
  7. 【請求項７】 金属棒の一端部に二重の発射管から同心
    円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔
    体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内
    に弾性波パルスを発生させ、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運
    動加速度を計測し、 前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの
    信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体
    の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、 前記端面の運動を計測する光学測定器の信号により、前
    記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論
    によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前
    記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較
    することにより加速度センサの動的線形性を求めること
    を特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法。
  8. 【請求項８】 前記歪ゲージを前記金属棒の一端面から
    同一距離の円周上に複数設け、各歪ゲージの出力信号を
    用いることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一つ
    に記載の加速度センサの動的線形性計測方法。
  9. 【請求項９】 前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージ
    を、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離の
    円周上に各々複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いる
    ことを特徴とする請求項３または請求項７記載の加速度
    センサの動的線形性計測方法。
  10. 【請求項１０】 前記光学機器はレーザ干渉計であるこ
    とを特徴とする請求項１、６、７のいずれか一つに記載
    の加速度センサの動的線形性計測方法。
  11. 【請求項１１】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記端面の運動速度を計測し運動加速度として演算する
    光学測定器と、 前記加速度センサの出力信号と、前記光学測定器で計測
    し演算した運動加速度とを時間領域及び周波数領域で比
    較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度セン
    サの動的線形性計測装置。
  12. 【請求項１２】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設
    けた歪ゲージと、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信
    号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを
    備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測
    装置。
  13. 【請求項１３】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対
    し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、 前記加速度センサの出力信号と、前記各歪ゲージの代表
    位置における前記運動加速度により生じた歪計測信号と
    を時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備え
    たことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装
    置。
  14. 【請求項１４】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設
    けた歪ゲージと、 前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理
    論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演
    算手段と、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前
    記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較
    する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサ
    の動的線形性計測装置。
  15. 【請求項１５】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対
    し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、 前記歪ゲージの計測信号により代表位置の計測信号を求
    め、該代表位置の計測信号に対して弾性波パルスの伝播
    理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う
    演算手段と、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信
    号に基づく前記補正演算した信号とを時間領域及び周波
    数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする
    加速度センサの動的線形性計測装置。
  16. 【請求項１６】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設
    けた歪ゲージと、 前記端面の運動を計測する光学測定器と、 前記光学測定器の信号により前記歪ゲージの計測信号に
    対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減
    衰に応じた補正演算を行う演算手段と、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージのからの
    前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比
    較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度セン
    サの動的線形性計測装置。
  17. 【請求項１７】 前記歪ゲージを前記金属棒の一端面か
    ら同一距離の円周上に複数設け、各歪ゲージの出力信号
    を用いることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれ
    か一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
  18. 【請求項１８】 前記光学測定器の信号により前記歪ゲ
    ージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によっ
    て波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う際には、金
    属棒に前記加速度センサを取り付けない状態で行うこと
    を特徴とする請求項１６または１７記載の加速度センサ
    の動的線形性計測装置。
  19. 【請求項１９】 二重の発射管から同心円上に配置した
    ２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或い
    は所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒
    内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、 前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前
    記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加
    速度を計測する加速度センサと、 前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対
    し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、 前記端面の運動を計測する光学測定器と、 前記光学測定器の信号により前記各歪ゲージの代表位置
    における前記運動加速度により生じた歪計測信号に対し
    て弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に
    応じた補正演算を行う演算手段と、 前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前
    記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較
    する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサ
    の動的線形性計測装置。
  20. 【請求項２０】 前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲー
    ジを、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離
    の円周上に各々複数設けたことを特徴とする請求項１２
    乃至１９のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線
    形性計測装置。
  21. 【請求項２１】 前記光学測定器はレーザ干渉計である
    ことを特徴とする請求項１１、１６、１９のいずれか一
    つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
  22. 【請求項２２】 前記光学測定器の信号により前記各歪
    ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じ
    た弾性波パルスの歪信号に対して弾性波パルスの伝播理
    論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う際
    には、前記金属棒に加速度センサを取り付けて行うこと
    を特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか一つに記載
    の加速度センサの動的線形性計測装置。
  23. 【請求項２３】 前記飛翔体が異なる材料の積層構造を
    もつことを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一
    つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
  24. 【請求項２４】 前記発射装置は、内側発射管、外側発
    射管各々を多重発射管とすることにより、外側発射管、
    及び内側発射管から発射される飛翔体を多重化し、各々
    において飛翔体の発射の位相を制御することによって、
    金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化す
    ることを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つ
    に記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
  25. 【請求項２５】 前記金属棒中の弾性波伝播の理論よっ
    て、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルス
    の過渡歪信号を求める際に、スカラクの解析解の少なく
    とも１次の項を用いることを特徴とする請求項１２乃至
    ２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性
    計測装置。
  26. 【請求項２６】 前記金属棒中の弾性波伝播の理論よっ
    て、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルス
    の過渡歪信号を求める際に、スカラクの解析解の高次の
    項迄を用いることを特徴とする請求項１２乃至２２のい
    ずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装
    置。
  27. 【請求項２７】 金属棒端面の運動加速度計測、運動速
    度計測結果或いは歪ゲージ計測、波動伝播理論から導か
    れる加速度センサ入力加速度信号と加速度センサの出力
    信号を、周波数領域で比較することにより加速度センサ
    の動的線形性を計測することを特徴とする請求項１１乃
    至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形
    性計測装置。
  28. 【請求項２８】 前記２個の飛翔体の金属棒に対する衝
    突時刻の差を、第１の飛翔体が金属棒に衝突したときに
    発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号と、第２
    の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度セン
    サへの入力過渡加速度信号とが、両飛翔体を同時に発射
    したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信
    号を最も良く適合するパラメータとして求め、各飛翔体
    をそれぞれ単独で発射したときに得られる加速度センサ
    の出力信号、両飛翔体を所定時間差で発射した時に得ら
    れる加速度センサの出力信号から加速度センサの動的線
    形性を計測する動的線形性演算手段を備えたことを特徴
    とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速
    度センサの動的線形性計測装置。
  29. 【請求項２９】 前記金属棒軸を軸線方向への剛性運動
    を拘束しないような点接触による支持手段により、水平
    に支持したことを特徴とする請求項１１乃至２２のいず
    れか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
  30. 【請求項３０】 前記金属棒端面に金属球を接触させ、
    前記飛翔体の発射装置は、前記二重の発射管から同心円
    上に配置した２個の飛翔体を、該金属球に対して発射時
    期を精密に制御して発射させ、金属棒内部に弾性波パル
    スを発生させることを特徴とする請求項１１乃至２２の
    いずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装
    置。
  31. 【請求項３１】 波動の分散、波動の減衰、音速値の不
    確かさ、加速度センサの質量、ゲージの周波数応答など
    を補正する補正関数と、ゲージが貼り付けられた金属棒
    とを、個別の加速度センサに対応するために必要不可欠
    な交換部品セットとすることを特徴とする請求項１２乃
    至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形
    性計測装置。
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