JP4491596B2 - Method and apparatus for measuring characteristics of sensor for detecting acceleration - Google Patents

Method and apparatus for measuring characteristics of sensor for detecting acceleration Download PDF

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Description

本発明は、加速度を検出するセンサの特性計測方法及び装置に関するものであり、本発明の属する技術の分野は、運動の計測が必要不可欠な分野、たとえば車両衝突安全、自動車サスペンション制御、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、情報機器、人体の振動に対する応答の計測、環境振動において、加速度を計測する分野である。   The present invention relates to a method and apparatus for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, and the technical field to which the present invention belongs is a field in which measurement of motion is indispensable, for example, vehicle collision safety, automobile suspension control, robots, transportation. This is a field for measuring acceleration in equipment, nuclear power generation related equipment, ships, aerospace equipment, information equipment, measurement of response to vibration of human body, and environmental vibration.

加速度を検出するセンサとしては、加速度センサおよび慣性センサなどが知られている。また、加速度計(加速度センサ)としては、AC加速度計(加速度センサ)とDC加速度計(加速度センサ)とが知られており、周波数特性において、直流分を含まない交流周波数帯域にある入力加速度に応答するような加速度計(加速度センサ)を、AC加速度計(AC加速度センサ)といい、周波数特性において、直流分を含む交流周波数帯域にある入力加速度に応答するような加速度計(加速度センサ)を、DC加速度計(DC加速度センサ)という。   Known sensors that detect acceleration include acceleration sensors and inertial sensors. As accelerometers (acceleration sensors), AC accelerometers (acceleration sensors) and DC accelerometers (acceleration sensors) are known, and in the frequency characteristics, input accelerometers in an AC frequency band that does not include a DC component are used. An accelerometer (acceleration sensor) that responds is called an AC accelerometer (AC acceleration sensor), and an accelerometer (acceleration sensor) that responds to input acceleration in the AC frequency band including the DC component in frequency characteristics. DC accelerometer (DC acceleration sensor).

従来、加速度センサを一次元振動台に設置し、振動台の運動もしくは設置した加速度センサのもう一方の取り付け面をレーザ干渉計で測定する手法がもっとも信頼性の高い手法とみなされ、一次標準として用いられてきた。この手法では、加速度センサの感度軸方向と振動台の運動の方向を一致させる。国際度量衡局がおこなっているMRA(Mutual Recognition Arrangement) のためのキーコンパリズンでも、この技術が用いられた。衝撃加速度による校正のための衝撃加速度を発生させる手法としては、単純な発射管から金属製飛翔体を発射させて棒端面に衝突させ、棒内部に発生させた弾性波パルスが加速度センサを取りつけたもう一方の棒端面で反射する際にその端面において発生する衝撃加速度で加速度センサの周波数特性を評価する手法がすでに実用化されている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, a method in which an acceleration sensor is installed on a one-dimensional shaking table and the movement of the shaking table or the other mounting surface of the installed acceleration sensor is measured with a laser interferometer is regarded as the most reliable method, and is the primary standard. Has been used. In this method, the sensitivity axis direction of the acceleration sensor is matched with the direction of motion of the shaking table. This technology was also used in the key comparision for MRA (Mutual Recognition Arrangement) conducted by the International Bureau of Weights and Measures. As a method of generating impact acceleration for calibration by impact acceleration, a metal projectile was launched from a simple launch tube and collided with the end face of the rod, and an elastic wave pulse generated inside the rod attached an acceleration sensor. A technique for evaluating the frequency characteristics of an acceleration sensor based on the impact acceleration generated at the end face when the light is reflected by the other end face has already been put into practical use (see, for example, Patent Document 1).

また、非特許文献1に記載のように、丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、この金属球に、別の金属球を飛翔させて衝突させ、上記同様にして、棒内部に発生させた弾性波パルスが加速度センサを取りつけたもう一方の棒端面で反射する際にその端面において発生する衝撃加速度で加速度センサの周波数特性を評価する手法は国際規格化されている。   Further, as described in Non-Patent Document 1, a metal sphere is brought into contact with and fixed to one end face of a round bar, and another metal sphere is caused to fly and collide with the metal sphere. When the elastic wave pulse generated inside is reflected by the other end face of the rod to which the acceleration sensor is attached, a method for evaluating the frequency characteristic of the acceleration sensor by the impact acceleration generated at the end face has been internationally standardized.

これらの手法では、衝撃加速度の継続時間を制御できないことから、発生させる衝撃加速度の継続時間が短かすぎる。すなわち、周波数帯域が広すぎるという欠点があった。さらに言うと、振動による校正でも衝撃による校正でも、現状の技術では加速度の計測標準としては機能しえない。その理由は、加速度センサの感度軸方向に運動を加えているので、最初から方向性というもともとベクトル量である加速度の重要な要素を捨象しているからである。加速度を計測するということは、加速度振幅というベクトルの強さと同時に方向性を持つ物理量を計測するということでなければならず、従って加速度計測標準はその両方を計測することの基準にならなければならない。その意味で現状の加速度計測標準は、振動であろうが衝撃であろうが、ベクトルとしての本来の意味での加速度を計測するための標準にはなりえない。国際度量衡局のキーコンパリズンは、振動強度の標準にはなりえても、加速度の標準にはなり得ない。   In these methods, since the duration of impact acceleration cannot be controlled, the duration of impact acceleration to be generated is too short. That is, there is a drawback that the frequency band is too wide. Furthermore, neither current calibration nor vibration calibration can function as an acceleration measurement standard with the current technology. The reason is that since the motion is applied in the direction of the sensitivity axis of the acceleration sensor, an important element of acceleration, which is originally a vector quantity, is discarded from the beginning. Measuring acceleration must mean measuring the physical quantity that has directionality at the same time as the magnitude of the vector of acceleration amplitude, and therefore the acceleration measurement standard must be the basis for measuring both. . In that sense, the current acceleration measurement standard, whether vibration or impact, cannot be a standard for measuring acceleration in its original meaning as a vector. The key measure parison of the International Bureau of Weights and Measures can be the standard for acceleration, but not the standard for acceleration.

さらに、このような状況であるから衝撃加速度の計測の中で最も重要なピーク感度の計測では、横感度の影響を考慮することができていない。これは極めて重要であって、破壊や衝突の計測の信頼性を著しく損ねていると言わざるを得ない状況である。   Further, in such a situation, in the measurement of the most important peak sensitivity in the measurement of impact acceleration, the influence of the lateral sensitivity cannot be considered. This is extremely important and it must be said that the reliability of measurement of fractures and collisions is significantly impaired.

特公平6−52270号公報Japanese Patent Publication No. 6-52270 ISO/FDIS 16063−13,Part13:Primary shock calibration using laser interferometryISO / FDIS 16063-13, Part 13: Primary shock calibration using laser interferometry

上述したように、加速度はベクトルである。加速度センサに加わる信号は、加速度集合の一要素であり、加速度センサの出力信号の集合はベクトルの集合、すなわちベクトル空間である。つまり、加速度がベクトルであることを認めると、加速度センサは実空間の入力加速度ベクトルを、信号空間の出力加速度ベクトルに変換する機能を持つことになる。数学的には加速度は数値ベクトルであり、入力ベクトル空間を出力ベクトル空間に変換するのであるから加速度センサの感度はマトリックスにならなければならず、したがって校正とはマトリックス感度の全ての要素を求めること、と定義することは極めて自然である。   As described above, the acceleration is a vector. A signal applied to the acceleration sensor is one element of the acceleration set, and a set of output signals of the acceleration sensor is a set of vectors, that is, a vector space. That is, if it is recognized that the acceleration is a vector, the acceleration sensor has a function of converting the input acceleration vector in the real space into the output acceleration vector in the signal space. Mathematically, acceleration is a numeric vector and transforms the input vector space into the output vector space, so the sensitivity of the acceleration sensor must be in a matrix, so calibration is all elements of matrix sensitivity. , Is very natural to define.

半導体加速度センサで多軸の加速度センサが大量に生産されている状況も、もともとの自然な要求に応えうる校正技術の開発を要請していると言える。   The situation in which a large number of multi-axis acceleration sensors are produced as semiconductor acceleration sensors can be said to require the development of calibration technology that can meet the original natural requirements.

本発明の目的は、以上のような問題を解決する加速度を検出するセンサの特性計測方法及び装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sensor characteristic measuring method and apparatus for detecting acceleration that solve the above-described problems.

本発明のさらに具体的な目的は、継続時間、ピ―ク値、波形、波形のスペクトルなどを容易に制御して衝撃加速度を発生できる装置の構成方法及びその装置を用いて、加速度センサを加速度がベクトルであるという立場から校正する方法とその装置、すなわちマトリックス感度を定義する方法と装置を提供することにある。   A more specific object of the present invention is to provide a method of constructing an apparatus that can easily generate impact acceleration by controlling duration, peak value, waveform, waveform spectrum, etc. Is a method and apparatus for calibrating from the standpoint of being a vector, that is, a method and apparatus for defining matrix sensitivity.

本発明による加速度を検出するセンサの特性計測方法の一態様は、複数の飛翔体を丸棒の一方の端面に衝突させることにより、他方の端面に垂直な方向に生じる並進加速度を、前記丸棒の他方の端面に治具を介して取り付けた、単軸または多軸の感度軸を有する加速度を検出するセンサによって計測し、これを複数回繰り返す際に、前記治具として、互いに立体形状の異なる複数個の治具を使用して、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面とのなす角度を、前記複数回の計測毎に互いに相違させることにより、前記並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、線形独立の状態となるようにした上で、前記複数回の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記並進加速度ベクトルに対する前記センサの感度マトリックスを求めることを特徴とする。 According to one aspect of the method for measuring the characteristics of a sensor for detecting acceleration according to the present invention, a plurality of flying bodies collide with one end face of a round bar, whereby the translational acceleration generated in a direction perpendicular to the other end face is Measured by a sensor having a single-axis or multi-axis sensitivity axis attached to the other end surface of the first and second axes, and when this is repeated a plurality of times, the jigs have different three-dimensional shapes . By using a plurality of jigs , the angle formed between the mounting plane of the round bar on the other end surface and the mounting plane of the sensor is made different from each other for each of the plurality of measurements, whereby the translational acceleration is calculated . vector whose components direction cosine to the coordinate system of the sensor, after as a linearly independent states, by solving a system of linear equations based on the previous SL plurality of measurement results, the translational acceleration vector Against and obtains the sensitivity matrix of the sensor.

本発明の他の態様は、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと、前記センサを取り付ける治具であって、複数の飛翔体を丸棒の一方の端面に衝突させることにより、該丸棒の他方の端面に並進加速度を印加する計測を複数回繰り返して実施する際、計測各回毎に決まる前記並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、線形独立の状態になるように、前記センサの前記丸棒の他方の面への取り付け平面のなす角度が異なるよう、互いに立体形状の異なる複数の治具と、前記治具毎に前記計測を実行して得られた各計測結果に基づいて連立一次方程式を解いて、前記並進加速度ベクトルに対する前記センサの感度マトリックスを求める演算手段とを具えたことを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a sensor having a single-axis or multi-axis sensitivity axis for detecting acceleration, and a jig for mounting the sensor, wherein a plurality of flying objects collide with one end surface of a round bar. Thus , when the measurement for applying the translational acceleration to the other end face of the round bar is repeated a plurality of times , a vector whose component is a direction cosine of the translational acceleration determined for each measurement to the coordinate system of the sensor is obtained. , so that the linearly independent condition, so that the angle of the mounting plane to the other side of the round bar of the sensor is different, and a plurality pieces of jigs having different three-dimensional shapes, the measurement for each of the jig And calculating means for finding a sensitivity matrix of the sensor with respect to the translational acceleration vector by solving simultaneous linear equations based on each measurement result obtained by executing the above.

本発明の他の態様は、丸棒の一方の端面に各計測毎に衝撃を加え、当該衝撃により前記丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記丸棒の他方の端面に、治具を介して取り付けた単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと、入力加速度計測装置とによって計測する際に、前記丸棒の他方の端面に垂直な方向に発生する並進衝撃加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、各計測間で線形独立の状態になるように、前記治具として、互いに立体形状の異なる複数個の治具を使用して、前記丸棒の他方の端面への治具の取り付け平面と前記治具のセンサの取り付け平面のなす角度を各計測毎に相違させて実行し、前記各計測によって得られる前記センサ及び前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求めることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, an impact is applied to one end face of a round bar for each measurement, and an elastic wave pulse generated inside the round bar due to the impact is reflected by the other end face of the round bar. When measuring the movement of the end face by a sensor having a single-axis or multi-axis sensitivity axis attached to the other end face of the round bar via a jig and detecting acceleration, and an input acceleration measuring device. The vector whose component is the direction cosine of the translational impact acceleration generated in the direction perpendicular to the other end face of the round bar to the coordinate system of the sensor is linearly independent between the measurements. As a tool , a plurality of jigs having different three-dimensional shapes are used, and the angle between the jig mounting plane on the other end surface of the round bar and the sensor mounting plane of the jig is different for each measurement. is not running, the said obtained by each measurement Capacitors and by solving the simultaneous linear equations based on the measurement result of the input acceleration measuring device, you and obtains the sensitivity matrix of the sensor.

本発明のさらに他の態様は、丸棒の一方の端面に各計測毎に衝撃を加える手段と、前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、前記丸棒の他方の端面に前記センサを取り付ける複数個の治具であって、前記衝撃を加える手段によって前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により前記丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと前記入力加速度計測装置とによって計測し、これを複数回繰り返す際に、互いに立体形状の異なる複数個の治具であって、前記丸棒の他方の端面に発生する並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトル各計測間で線形独立の状態になるよう、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面とのなす角度が異なる治具と、前記各計測を実行して得られる前記センサおよび前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求める演算手段とを具えた加速度を検出するセンサの特性計測装置を特徴とする。 Still another aspect of the present invention includes means for applying an impact to one end face of a round bar for each measurement, an input acceleration measuring device for measuring movement of the other end face of the round bar, and the other end of the round bar. A plurality of jigs for attaching the sensor to an end face, the other of the round bars of an elastic wave pulse generated inside the round bar by an impact applied to one end face of the round bar by the means for applying the impact the movement of the end surfaces generated by the reflection at the end face, when measured by a sensor for detecting acceleration having a sensitive axis of the single or multi-axis and the input acceleration measuring device, repeated a plurality of times this, together A plurality of jigs having different three-dimensional shapes, and a vector whose component is a direction cosine of the translational acceleration generated on the other end face of the round bar to the coordinate system of the sensor is linearly independent between each measurement. so as, the other of the round bar Solving the mounting plane of the end face and the angle is different jig with mounting plane of the sensor, the system of linear equations based on the measurement result of each measurement of the sensor and the input acceleration measuring device obtained by executing And a sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, comprising an arithmetic means for obtaining a sensitivity matrix of the sensor.

ここで、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも1つのひずみゲージであり、前記演算手段は、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、級数に展開された解析解であるスカラクの解の少なくとも1次の項を用いることとすることができる。 Here, the input acceleration measuring device is at least one strain gauge affixed to a side surface of the round bar, and the computing means is an elastic wave incident on the other end surface of the round bar from the strain gauge output signal. when obtaining the transient distortion signal pulse, it may be to have use of at least first-order terms of the solution of Sukaraku is expanded analytical solution to the series.

さらに、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に軸方向に貼り付けた複数のひずみゲージであり、前記複数のひずみゲージ出力に対して、前記軸方向の貼りつけ位置の相違による波形の違いを、各ひずみゲージ出力の加算平均を求めることにより一点での波形に変換し、ノイズを低減させる信号処理を行うこととすることができる。 Further, the input acceleration measuring device is a plurality of strain gauges attached to the side surface of the round bar in the axial direction, and the waveform due to the difference in the attachment position in the axial direction with respect to the plurality of strain gauge outputs. The difference can be converted into a waveform at a single point by calculating an addition average of each strain gauge output, and signal processing for reducing noise can be performed.

本発明のさらに他の態様は、各計測ごとに、互いに独立した2つ以上の飛翔体であって、その先端と丸棒の一方の端面との距離が相違する飛翔体を高圧気体によって同時に駆動し飛翔させて、前記丸棒の一方の端面に微小時間差をもって順次衝突させることによって、前記丸棒の一方の端面に各計測毎に垂直方向の衝撃を加え、当該衝撃により前記丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記他方の端面に治具を介して取り付けた、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと、入力加速度計測装置とによって計測する際に、前記丸棒の他方の端面に発生する並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが各計測間で線形独立の状態になるように、前記治具として、互いに立体形状の異なる複数個の治具を使用して、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面のなす角度を各計測毎に相違させて実行し、前記各計測によって得られる前記センサおよび前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求めることを特徴とする。 Still another aspect of the present invention is that two or more flying objects that are independent from each other for each measurement, and the flying objects having different distances between the tip and one end surface of the round bar are simultaneously driven by high-pressure gas. The vertical impact is applied to one end face of the round bar for each measurement by causing it to collide with one end face of the round bar in order with a slight time difference, and the impact is generated inside the round bar. The movement of the end face generated by reflection of the elastic wave pulse on the other end face of the round bar has a single-axis or multi-axis sensitivity axis attached to the other end face via a jig, and accelerates the acceleration. When measuring with the sensor to be detected and the input acceleration measuring device, a vector whose component is a direction cosine of the translational acceleration generated on the other end face of the round bar to the coordinate system of the sensor is linearly independent between each measurement. To be in the state of As the jig, using a plurality of different fixture sterically shapes, perform the angle of the mounting plane of the mounting plane the sensor to the other end surface of the rod by different for each measurement In addition, it is characterized in that a sensitivity matrix of the sensor is obtained by solving simultaneous linear equations based on measurement results of the sensor and the input acceleration measuring device obtained by each measurement.

本発明のさらに他の態様は、互いに独立した2つ以上の飛翔体であって、その先端と丸棒の一方の端面との距離が相違する飛翔体を高圧気体によって同時に駆動し飛翔させて、前記丸棒の一方の端面に微小時間差をもって順次衝突させることによって前記丸棒の一方の端面に衝撃を加える手段と、前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、前記衝撃を加える手段によって前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと前記入力加速度計測装置とによって複数回計測する際に、前記丸棒の他方の端面に発生する並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、各計測間で線形独立の状態になるように、前記丸棒の他方の端面に前記センサを取り付ける複数個の治具であって、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面とのなす角度が異なるよう、互いに立体形状の異なる治具と、前記各計測を実行して得られる前記センサおよび前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求める演算手段とを具えた加速度を検出するセンサの特性計測装置を特徴とする。 Still another aspect of the present invention is two or more flying bodies independent from each other, wherein the flying bodies having different distances between the tip and one end face of the round bar are simultaneously driven by the high-pressure gas to fly, Means for applying an impact to one end face of the round bar by sequentially colliding with one end face of the round bar with a slight time difference; an input acceleration measuring device for measuring the movement of the other end face of the round bar; and the impact The movement of the end face generated by reflection of the elastic wave pulse generated inside the round bar by the impact applied to one end face of the round bar by means of A direction cosine of the translational acceleration generated on the other end face of the round bar to the coordinate system of the sensor when the sensor having the sensitivity axis of the axis and detecting the acceleration by the input acceleration measuring device is measured a plurality of times. component Vector, so that the linearly independent condition between each measurement, a plurality of jig mounting the sensor on the other end surface of the rod, and the mounting plane to the other end face of the rod that Solving simultaneous linear equations based on the measurement results of the sensor and the input acceleration measuring device obtained by executing the respective measurements with jigs having different three-dimensional shapes so that the angle formed with the mounting plane of the sensor is different. And a sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, comprising an arithmetic means for obtaining a sensitivity matrix of the sensor.

ここで、前記2つ以上の飛翔体は、前記2つ以上の飛翔体は、高圧気体の圧力を直接受けて発射管内を移動可能な受圧体に分離可能に支持され、当該支持状態において飛翔方向上の先端位置が異なっていることとすることができる。   Here, the two or more flying bodies are supported so as to be separable into a pressure receiving body that can directly receive the pressure of the high-pressure gas and move within the launch tube, and the flying direction in the supported state. The top tip position can be different.

さらに、前記2つ以上の飛翔体は、前記受圧体の中心軸上に位置する第1の飛翔体と、当該第1の飛翔体の外側であって当該第1の飛翔体と同軸上に位置する少なくとも1つの第2の飛翔体とを有することとすることができる。   Further, the two or more flying bodies are a first flying body located on a central axis of the pressure receiving body, and are located outside the first flying body and coaxially with the first flying body. And at least one second flying object.

さらに、前記第1および第2の飛翔体のいずれか1つが前記受圧体と一体であることとすることができる。   Furthermore, any one of the first and second flying bodies may be integral with the pressure receiving body.

さらに、前記2つ以上の飛翔体の少なくとも1つは、その衝突端部の材質がそれ以外の部分の材質と異なっていることとすることができる。   Furthermore, at least one of the two or more flying objects may have a material of the collision end portion different from that of the other portions.

さらに、前記2つ以上の飛翔体の各々は、少なくともその一部の材質が他の飛翔体の材質と異なっていることとすることができる。   Further, each of the two or more flying objects may have at least a part of a material different from that of the other flying objects.

さらに、前記丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、当該金属球に前記衝撃を加えることとすることができる。   Furthermore, a metal sphere can be contacted and fixed to one end surface of the round bar, and the impact can be applied to the metal sphere.

さらに、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも1つのひずみゲージであることとすることができる。   Furthermore, the input acceleration measuring device may be at least one strain gauge attached to a side surface of the round bar.

さらに、前記ひずみゲージを前記丸棒の軸方向に複数個貼りつけ、各ひずみゲージ出力に対して、前記軸方向の貼りつけ位置の相違による波形の違いを、各ひずみゲージ出力の加算平均を求めることにより一点での波形に変換し、加算してノイズを低減させる信号処理を行うこととすることができる。 Further, a plurality pasted the strain gauge in the axial direction of the rod, with respect to each strain gauge outputs, the differences in the axial direction of the pasted wave due to a difference in position, the averaging of the strain gauge output By obtaining this, it is possible to perform signal processing for converting into a waveform at one point and adding it to reduce noise.

さらに、前記演算手段は、前記ひずみゲージの出力信号と、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果である入射弾性波パルスのひずみに基づいて、前記ひずみゲージの代表位置におけるひずみのラプラス変換を、センサ取り付け端面への入射弾性波パルスのひずみのラプラス変換で除すことにより補正関数を求めるとともに、該補正関数を、前記ひずみゲージ出力のひずみで求めた、前記加速度を検出するセンサの周波数特性に乗算することによって前記加速度検出センサの伝達関数を求め、前記センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを求めることができる。 Further, the computing means is based on the strain gauge output signal and the strain of the incident acoustic wave pulse, which is a measurement result of a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar . Obtaining a correction function by dividing the Laplace transform of strain at the representative position by Laplace transform of strain of the incident acoustic wave pulse on the sensor mounting end face, and obtaining the correction function by the strain of the strain gauge output, By multiplying the frequency characteristic of the sensor that detects acceleration, the transfer function of the acceleration detection sensor is obtained, and the elasticity that is incident on the end face of the round bar to which the sensor is attached, which is necessary to obtain the input acceleration applied to the sensor. can and Turkey asked the strain of the wave pulse.

さらに、前記弾性波パルスのひずみを求める際に、前記ひずみゲージの出力信号を、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果を用いて導いた補正関数で除することにより補正し、前記治具における前記センサの取り付け面の運動を直接計測する別のレーザ干渉計の計測結果と前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果の両方を用いて、前記方向余弦を補正することができる。 Further, when obtaining the strain of the elastic wave pulse, the output signal of the strain gauge is divided by a correction function derived using the measurement result of a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar. Both the measurement result of another laser interferometer that directly measures the movement of the mounting surface of the sensor in the jig and the measurement result of the laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar with, the direction cosine can and corrected child.

さらに、前記演算手段は、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、級数に展開された解析解であるスカラクの少なくとも1次の項を用いることができる。 Further, when the calculation means obtains a transient strain signal of an elastic wave pulse incident on the other end face of the round bar from the strain gauge output signal, the calculation means is at least a first order of a sparse, which is an analytical solution developed in a series . Terms can be used.

さらに、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計であることとすることができる。   Furthermore, the input acceleration measuring device may be a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar.

さらに、前記演算手段は、前記加速度センサの校正を行う際に、前記センサに印加する衝撃加速度信号の周波数帯域幅を制御することによって、当該衝撃加速度信号の周波数帯域の関数として求められる前記センサのピーク感度値を上昇させた後、実際に加速度計測に用いることができる入力衝撃加速度の信号周波数帯域幅とピーク感度を求めることができる。 Further, when the acceleration sensor is calibrated, the calculation means controls the frequency bandwidth of the impact acceleration signal applied to the sensor, thereby obtaining the sensor's frequency obtained as a function of the frequency band of the impact acceleration signal. after raising the peak sensitivity values, actually it is the this to determine the signal frequency bandwidth and the peak sensitivity of the input impact acceleration can be used in the acceleration measurements.

本発明は、丸棒の端面に衝撃を加えることによって発生した弾性波が、棒内部を伝ぱしてもう一方の端面に到達し反射する過程で発生する端面に垂直な方向の、動的変位、速度、加速度を、その端面に取り付けた加速度を検出するセンサへの入力信号とし、時刻の関数となるそれら入力信号を校正用入力加速度計測装置で計測し、加速度を検出するセンサの出力信号および校正用入力加速度計測装置の出力信号に対して、フーリエ変換、ラプラス変換、フィルタ演算などの信号処理演算を行うことによって、加速度を検出するセンサの動的変位検出機能、速度検出機能、加速度検出機能の各機能に関する加速度を検出するセンサの、ゲイン‐周波数特性、位相‐周波数特性、およびピーク感度をマトリックスとして測定することを可能とする。   The present invention relates to a dynamic displacement in a direction perpendicular to the end face generated in the process in which an elastic wave generated by applying an impact to the end face of a round bar propagates inside the bar to reach the other end face and reflects. Speed and acceleration are input signals to the sensor that detects the acceleration attached to the end face, and these input signals that are functions of time are measured by the input acceleration measuring device for calibration, and the output signal and calibration of the sensor that detects the acceleration The dynamic displacement detection function, speed detection function, and acceleration detection function of the sensor that detects acceleration by performing signal processing operations such as Fourier transform, Laplace transform, and filter operation on the output signal of the input acceleration measurement device Enables measurement of gain-frequency characteristics, phase-frequency characteristics, and peak sensitivity of sensors that detect acceleration for each function as a matrix

さらに本発明は、自動車乗員保護用エアバッグの制御に用いる加速度センサの校正に用いることが可能である。   Furthermore, the present invention can be used for calibration of an acceleration sensor used for controlling an automobile occupant protection airbag.

さらに本発明は、ロボットの運動制御に用いる慣性センサの校正に用いることが可能である。   Furthermore, the present invention can be used for calibration of inertial sensors used for robot motion control.

さらに本発明は、人体運動または人体が受ける振動や動物の行動モニターなどの計測に用いる慣性センサの校正に用いることが可能である。   Furthermore, the present invention can be used for calibration of an inertial sensor used for measurement such as human body motion or vibration received by a human body or animal behavior monitor.

さらに本発明は、自動車、潜水艦、魚雷、ミサイル、航空機、誘導爆弾に搭載する慣性航法装置に関係する慣性センサの校正に用いることが可能である。   Furthermore, the present invention can be used for calibration of inertial sensors related to inertial navigation devices mounted on automobiles, submarines, torpedoes, missiles, aircraft, and guided bombs.

さらに本発明は、画像機器、映像機器の振動防止に用いる慣性センサの校正に用いることが可能である。   Furthermore, the present invention can be used for calibration of inertial sensors used for preventing vibration of image equipment and video equipment.

さらに本発明は、自動車用サスペンションの制御に用いる加速度センサの校正に用いることが可能である。   Furthermore, the present invention can be used for calibrating an acceleration sensor used for controlling an automobile suspension.

(1)従来の校正技術では、加速度計は加速度振幅でしか校正されていなかったのであるから、加速度計で加速度を計測することは出来なかった。その理由は、加速度が大きさと方向を持つベクトル量だからである。本発明によってベクトルとしての加速度で校正できることになるのだから、最初に明確にしなければいけないのは、この手法によって加速度計は加速度で校正されたことになり、加速度計によって加速度が計測できるようになるということである。
多次元多軸の振動台を用いれば同様のベクトルとしての加速度で校正することは可能であるが(例えば、特願2003−123417号)、振動台では大加速度を発生することが困難であり、本発明はこの問題を解決している。
(2)さらに、多次元多軸の振動台では制御設定に時間がかかり、かつ振動数を走査しなければならないので、データ収集全体に多大の時間が必要である。衝撃を用いる本発明により、この問題が改善される。
(3)ピーク加速度計測における横感度の影響を考慮する必要があることが、広く認識されるようになる。
(4)計量法は、一次国家標準としての特定標準器を経済産業大臣が指定すると定めており、現状では加速度値でしか校正できない校正器を加速度標準の特定標準器としてさだめていることが記載されている。名称を加速度値の特定標準器と変更することと、ベクトルとしての加速度で校正できる装置を、加速度の国家標準として指定する必要がある。すなわち、計量法の改正が必要であるとの認識が広まる。
(5)加速度値としての校正技術にもとづいてCCAUV/国際度量衡局がキーコンパリズンを行ったが、三次元衝撃加速度発生装置が世界に普及した時点で、相互承認のための衝撃加速度キーコンパリズンを実施する必要がある。このキーコンパリズンでは、ピーク感度と周波数応答の両方について、マトリックス感度の観点から実験が行われなければならない。
(6)ベクトル合成が出来る加速度センサが開発される。これによって、運動の方向がわからない時の衝撃加速度計測の精度が向上する。良く理解されていない現象の計測には、重要である。自動車乗員保護のためのエアバッグの動作を制御するための加速度センサは、ベクトルとしての衝撃加速度が計測できなければならない。現状では、安全性を法律面から保証しようとすると、運転者は衝突しようとする場合には、正面衝突するようにハンドルを切らないといけない、という極めて非現実的なことになるし、最近流行している予防安全装置は、衝突が避けられない場合には、自動的に正面衝突するように自動的に操舵するという、非現実的なことが必要になる。
(7)ベクトル合成が出来る加速度センサのための基準加速度センサが開発されなけばならないし、開発されるであろう。
(8)自動車乗員の衝突安全のために車両内に設置される加速度センサのように、ベクトルとしての加速度を計測できないと意味のない応用において、利用が広まり車両の安全性が高まる。
(9)縦ゆれと横揺れがある地震の計測に用いられる地震計のように、三次元で計測できなければ意味のない応用分野で用いられる加速度計の計測の信頼度が向上する。
(10)自動車のサスペンション制御等に用いられる多軸加速度センサの利用技術が向上する。産業界は、多軸の加速度センサを使いこなしてはいないという自覚を持っている。将来は、本特許で述べる校正技術が普及すると、このような意識はなくなるであろう。
(11)現在、基準加速度センサとして広く用いられている圧電型一軸加速度では横感度が与えられていないが、本発明によって横感度が与えられることになる。圧電型基準加速度センサ出力が1次元出力空間を構成するので、そのような加速度センサを三個直交座標系で組み立てる現状の三軸加速度センサで、ベクトル合成をすることによって、正確なベクトルとしての加速度の計測が可能になる。
(12)ベクトル合成機能を持つ数値演算器を内蔵するような新しいタイプの加速度計が製品として市場に現れる。その結果、実時間での加速度計測が可能になる。
(13)加速度センサを校正するビジネスがより高度化すると同時に、振動・衝撃計測標準に世界における日本の国際的地位が向上する。
(14)スカーリング効果と呼ばれる従来は計測が困難であった加速度センサの回転による誤差を計測することが可能になる。
(15)並進運動加速度検出機能、回転角速度検出機能、回転角加速度検出機能を同時に持つ多自由度の慣性センサ(特に半導体製)の性能評価が可能になることによって、製品の性能が向上する。
(16)2005年に数値目標を法律に明文化することを求める2002年6月に発令されたEUダイレクイティブにも対応することが出来る。この規格は、ISO2631、ISO8041に規定される人体振動規格にもとづいており、本発明により校正された加速度センサにより計測されていれば、ベクトルとしての加速度で計測を要求する人体振動諸規格に対応することが可能になる。
(17)ベクトル校正を可能にする衝撃加速度計校正用振動発生装置が普及する。
(18)運動発生装置など、加速度センサが眞の意味でベクトル加速度を計測できるようになることによって、運動の制御の精度が向上する。
(19)慣性センサ校正のための多次元運動発生器機が一般に普及する。
(20)ピーク感度に対するマトリックス表現の重要性の認識が広まる。
(21)横ピーク感度、主軸ピーク感度の概念が普及する。
(1) In the conventional calibration technique, since the accelerometer was calibrated only with the acceleration amplitude, the acceleration could not be measured with the accelerometer. The reason is that the acceleration is a vector quantity having a magnitude and direction. Since it is possible to calibrate with acceleration as a vector according to the present invention, the first thing that must be clarified is that this method means that the accelerometer is calibrated with acceleration, and the accelerometer can measure acceleration. That's what it means.
If a multi-dimensional multi-axis shaking table is used, it is possible to calibrate with acceleration as a similar vector (for example, Japanese Patent Application No. 2003-123417), but it is difficult to generate a large acceleration with the shaking table, The present invention solves this problem.
(2) Furthermore, in a multi-dimensional multi-axis shaking table, it takes time to set the control, and the frequency must be scanned, so that much time is required for the entire data collection. The present invention using impact ameliorates this problem.
(3) It is widely recognized that it is necessary to consider the influence of lateral sensitivity in peak acceleration measurement.
(4) The metrology law stipulates that the Minister of Economy, Trade and Industry designates a specified standard device as a primary national standard, and states that currently calibrators that can only be calibrated using acceleration values are being used as specified standards for acceleration standards. Has been. It is necessary to change the name to a specific standard device for acceleration values and to specify a device that can be calibrated by acceleration as a vector as a national standard for acceleration. In other words, the recognition that the measurement law needs to be revised is spread.
(5) The CCAUV / International Bureau of Weights and Measures performed key comparision based on the calibration technology for acceleration values. However, when the 3D impact acceleration generator spreads throughout the world, the impact acceleration key comparision for mutual recognition. It is necessary to carry out. In this key comparison, both peak sensitivity and frequency response must be experimented in terms of matrix sensitivity.
(6) An acceleration sensor capable of vector synthesis is developed. This improves the accuracy of impact acceleration measurement when the direction of motion is unknown. It is important for measuring phenomena that are not well understood. The acceleration sensor for controlling the operation of the airbag for protecting the vehicle occupant must be able to measure the impact acceleration as a vector. At present, when trying to guarantee safety from the legal aspect, it is extremely unrealistic that the driver must turn the steering wheel to make a frontal collision when trying to collide. In the case of a collision that cannot be avoided, the preventive safety device that is used needs to be unrealistic that it automatically steers to make a frontal collision.
(7) A reference acceleration sensor for an acceleration sensor capable of vector synthesis must be developed and will be developed.
(8) In an application where it is meaningless if acceleration as a vector cannot be measured, such as an acceleration sensor installed in a vehicle for the safety of collision of an automobile occupant, the use is widened and the safety of the vehicle is increased.
(9) Like the seismometers used for measuring earthquakes with pitch and roll, the reliability of the measurement of accelerometers used in application fields that are meaningless unless they can be measured in three dimensions.
(10) Utilization technology of a multi-axis acceleration sensor used for automobile suspension control and the like is improved. The industry is aware that they are not using multi-axis acceleration sensors. In the future, such a consciousness will disappear if the calibration technique described in this patent spreads.
(11) The lateral sensitivity is not given in the piezoelectric uniaxial acceleration widely used as the reference acceleration sensor at present, but the lateral sensitivity is given by the present invention. Since the piezoelectric reference acceleration sensor output constitutes a one-dimensional output space, the current three-axis acceleration sensor that assembles such acceleration sensors in a three-orthogonal coordinate system is used to synthesize the vector as an accurate vector. Can be measured.
(12) A new type of accelerometer that incorporates a numerical calculator having a vector composition function appears on the market as a product. As a result, acceleration measurement in real time becomes possible.
(13) The business of calibrating accelerometers will become more sophisticated, and at the same time, Japan's international position in the world for vibration and impact measurement standards will improve.
(14) It is possible to measure an error caused by rotation of the acceleration sensor, which is conventionally difficult to measure, called a scallling effect.
(15) Performance evaluation of a multi-degree-of-freedom inertial sensor (particularly made of semiconductor) having a translational motion acceleration detection function, a rotational angular velocity detection function, and a rotational angular acceleration detection function at the same time is possible, thereby improving the performance of the product.
(16) The EU Directive issued in June 2002, which requires the numerical targets to be clearly documented in law in 2005, can also be handled. This standard is based on the human body vibration standards specified in ISO2631 and ISO8041, and corresponds to human body vibration standards that require measurement with acceleration as a vector if measured by an acceleration sensor calibrated according to the present invention. It becomes possible.
(17) A vibration generator for calibrating an impact accelerometer that enables vector calibration becomes widespread.
(18) Since the acceleration sensor, such as a motion generation device, can measure vector acceleration in the sense of 眞, the accuracy of motion control is improved.
(19) Multi-dimensional motion generators for inertial sensor calibration are widely used.
(20) The recognition of the importance of matrix expression for peak sensitivity spreads.
(21) The concept of lateral peak sensitivity and main axis peak sensitivity is widespread.

(校正装置全体の説明)
図1の(a)は、多重飛翔体を用いた衝撃加速度による加速度を検出するセンサの校正装置の構成を示す。1は直径に比較して長さが十分に長い金属棒であって、複数箇所において不図示の2つの溝に置かれたベアリングにより水平に支持され、軸方向には拘束されていない。2は、丸棒1の一方の端面に衝撃を加える手段としての発射管であって、互いに独立した3つの飛翔体3A,3B,3C(図1の(b)参照)を高圧空気によって同時に駆動して飛翔させ、丸棒1の一方の端面に微小時間差をもって順次衝突させるように適当な固定手段によって位置決めされ固定されている。飛翔体の構造に関しては後述する。
(Explanation of the entire calibration device)
FIG. 1A shows the configuration of a sensor calibration apparatus that detects acceleration due to impact acceleration using multiple flying objects. Reference numeral 1 denotes a metal rod that is sufficiently long compared to its diameter, and is horizontally supported by bearings placed in two grooves (not shown) at a plurality of locations, and is not constrained in the axial direction. Reference numeral 2 denotes a launch tube as a means for applying an impact to one end face of the round bar 1 and simultaneously drives three flying bodies 3A, 3B, 3C (see FIG. 1B) simultaneously with high-pressure air. It is positioned and fixed by appropriate fixing means so as to fly and collide sequentially with one end face of the round bar 1 with a minute time difference. The structure of the flying object will be described later.

4は加速度を検出するセンサであって、3個の治具(詳細は後述する)の各々を介して丸棒1の他方の端面に取り付けられる(図1ではそのうちの1個の治具5を示す)。   Reference numeral 4 denotes a sensor for detecting acceleration, which is attached to the other end face of the round bar 1 through each of three jigs (details will be described later) (in FIG. 1, one of the jigs 5 is attached). Show).

上述のようにして丸棒1の一方の端面に衝撃を加えることによって発生した弾性波パルスは丸棒内部を伝ぱして、他方の端面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(丸棒1の軸方向)の衝撃加速度が、その端面に治具を介してとりつけたセンサ4への入力となる。3個の治具は、各々2つの取り付け平面、すなわち、丸棒1の他方の端面への取り付け平面とセンサ4の取り付け平面とを持ち、これらの2つの取り付け平面のなす角度が、3個の治具同士で互いに立体的に異なっており、センサ4を、治具を介して、後述(図2)のような状態で丸棒1の他方の端面に取り付けることによって、センサ4の感度をマトリックスとして求めることができる。   The elastic wave pulse generated by applying an impact to one end face of the round bar 1 as described above propagates inside the round bar, reaches the other end face, and is reflected. The impact acceleration in the direction perpendicular to the end face (in the axial direction of the round bar 1) generated in the reflection process becomes an input to the sensor 4 attached to the end face via a jig. Each of the three jigs has two mounting planes, that is, a mounting plane to the other end surface of the round bar 1 and a mounting plane of the sensor 4, and the angle formed by these two mounting planes is three. The jigs are three-dimensionally different from each other. The sensor 4 is attached to the other end face of the round bar 1 in a state as will be described later (FIG. 2) via the jig, so that the sensitivity of the sensor 4 is matrixed. Can be obtained as

加速度を検出するセンサは、丸棒1の他方の端面(治具を取り付ける端面)に対して、互いに異なった3つの態様でとり付ける。これを図2を参照して説明する。   The sensor for detecting the acceleration is attached to the other end face (end face to which the jig is attached) of the round bar 1 in three different modes. This will be described with reference to FIG.

図2において、丸棒1の他方の端面に固定した直交座標系をXとし、Z軸を丸棒1の軸方向、すなわち、弾性波パルスの反射による丸棒1の他方の端面の運動の方向と一致させる。丸棒1の一方の端面に対して3回の衝撃加速度を印加するが、各々の印加の度に、第1〜第3の互いに異なった治具を使用する。 2, an orthogonal coordinate system fixed to the other end face of the round bar 1 and X b Y b Z b, axial round bar 1 to Z b-axis, i.e., the other round bar 1 by reflection of the acoustic wave pulse Match the direction of movement of the end face of. Three impact accelerations are applied to one end face of the round bar 1, and the first to third different jigs are used for each application.

直交座標系Xは第1の治具を介してセンサ4を丸棒1の他方の端面に取り付けた場合の当該センサ4に固定した直交座標系であって、衝撃加速度印加方向はZ軸である。 An orthogonal coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is an orthogonal coordinate system fixed to the sensor 4 when the sensor 4 is attached to the other end face of the round bar 1 via a first jig, and the direction of impact acceleration application Is the Z 1 axis.

同様に、直交座標系Xは第2の治具を介してセンサ4を丸棒1の他方の端面に取り付けた場合の当該センサ4に固定した直交座標系であって、衝撃加速度印加方向はZ軸である。 Similarly, the Cartesian coordinate system X 2 Y 2 Z 2 is a Cartesian coordinate system fixed to the sensor 4 when the sensor 4 is attached to the other end face of the round bar 1 via the second jig, acceleration application direction is Z 2 axes.

同様に、直交座標系Xは第3の治具を介してセンサ4を丸棒1の他方の端面に取り付けた場合の当該センサ4に固定した直交座標系であって、衝撃加速度印加方向はZ軸である。 Similarly, an orthogonal coordinate system X 3 Y 3 Z 3 is an orthogonal coordinate system fixed to the sensor 4 when the sensor 4 is attached to the other end face of the round bar 1 via a third jig, acceleration application direction is Z 3 axes.

このように、3個の治具の各々を介して丸棒1の他方の端面にとり付けることにより、センサ4に加わる加速度ベクトルのセンサ4に固定した直交座標系への方向余弦(cosα1, cosβ1, cosγ1),(cosα2, cosβ2, cosγ2),(cosα3, cosβ3, cosγ3)が線形独立になるように設定することができる。したがって、3回の衝撃加速度印加により丸棒1の他方の端面に発生した加速度を、丸棒1の他方の端面に固定した直交座標系Xによって第1表に示すように表すと、センサ4に固定した直交座標系(X,X,X)によって同じく第1表に示すように表すことができる。第1表における記号の意味は第2表に示す。 In this way, by attaching to the other end face of the round bar 1 through each of the three jigs, the direction vector cosine (cosα 1 , cosβ to the orthogonal coordinate system fixed to the sensor 4 of the acceleration vector applied to the sensor 4 is obtained. 1 , cosγ 1 ), (cosα 2 , cosβ 2 , cosγ 2 ), (cosα 3 , cosβ 3 , cosγ 3 ) can be set to be linearly independent. Therefore, the acceleration generated on the other end face of the round bar 1 by applying the impact acceleration three times is represented by the orthogonal coordinate system X b Y b Z b fixed to the other end face of the round bar 1 as shown in Table 1. And the orthogonal coordinate system (X 1 Y 1 Z 1 , X 2 Y 2 Z 2 , X 3 Y 3 Z 3 ) fixed to the sensor 4 can also be expressed as shown in Table 1. The meanings of the symbols in Table 1 are shown in Table 2.

Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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これにより、詳細は後述するが、マトリックス感度の全ての要素に関する連立一次方程式を、周波数の関数として導くことが出来る。連立一次方程式の係数行列式はゼロでないことが証明できるので必ず解ける。したがって、連立一次方程式を解くことが、校正にほかならない。連立一次方程式が解けることは、本明細書の最後に数学的に証明する。   Thereby, although details will be described later, simultaneous linear equations relating to all elements of the matrix sensitivity can be derived as a function of frequency. Since the coefficient determinant of simultaneous linear equations can be proved to be non-zero, it can always be solved. Therefore, solving the simultaneous linear equations is nothing but calibration. The fact that simultaneous linear equations can be solved is proved mathematically at the end of this specification.

6は丸棒1の他方の端面の運動を計測する校正用入力加速度計測装置としての複数個のひずみゲージであって、本実施形態では、丸棒1の側面(丸棒1の軸方向の両端面を除く表面)上の周方向と軸方向にそれぞれ複数個貼り付けられている。   Reference numeral 6 denotes a plurality of strain gauges as calibration input acceleration measuring devices for measuring the movement of the other end face of the round bar 1, and in this embodiment, the side face of the round bar 1 (both ends in the axial direction of the round bar 1). A plurality of surfaces are affixed in the circumferential direction and the axial direction on the surface (excluding the surface).

7は丸棒1の他方の端面に照射されるレーザ光であって、不図示のレーザ干渉計から出射される。8は治具5のセンサ4の取り付け平面に照射される別のレーザ光であって、不図示の別のレーザ干渉計から出射される。これらのセンサ4の検出出力信号、ひずみゲージ6の検出出力信号およびレーザ干渉計の検出出力信号は、演算装置(通常はコンピュータによって構成される)に供給され、この演算装置によって後述するような加速度を検出するセンサの校正のための種々の演算を行う。   Reference numeral 7 denotes a laser beam applied to the other end face of the round bar 1 and is emitted from a laser interferometer (not shown). Reference numeral 8 denotes another laser beam irradiated on the mounting plane of the sensor 4 of the jig 5 and is emitted from another laser interferometer (not shown). The detection output signal of the sensor 4, the detection output signal of the strain gauge 6, and the detection output signal of the laser interferometer are supplied to an arithmetic device (usually configured by a computer), and an acceleration as will be described later by the arithmetic device. Various calculations are performed for the calibration of the sensor that detects.

図3に示すように、3つの飛翔体3A,3B,3Cによって、3重構造の多重飛翔体を構成しており、そのうち、最も内側の飛翔体3Aは軸状をなしていて、その基端は発射管2内に軸方向に気密に移動可能に設けられた受圧体としてのフランジ3Dの中心にねじ込まれ固定されている。   As shown in FIG. 3, the three flying bodies 3A, 3B, and 3C constitute a triple-structured multiple flying body, of which the innermost flying body 3A has an axial shape and its base end. Is fixed by being screwed into the center of a flange 3D as a pressure receiving body provided in the firing tube 2 so as to be airtightly movable in the axial direction.

中間の管状の飛翔体3Bは飛翔体3Aの外側に互いに摺動可能に配置され、さらに、飛翔体3Bの外側に互いに摺動可能に管状の飛翔体3Cが配置されており、それらの基端がフランジ3Dに当接した状態で、分離可能にフランジ3Dによって支持され、この状態において、飛翔体3Bは、飛翔体3Aよりは飛翔方向の下流側に突出しない長さを有しており、飛翔体3Cは、飛翔体3Bよりは飛翔方向の下流側に突出しない長さを有している(飛翔体3Aとフランジ3Dの飛翔方向の長さの合計をLとし、2つの飛翔体3B,3Cの飛翔方向の長さをそれぞれL,Lとすると、L>L>L)。すなわち、3つの飛翔体3A,3B,3Cは、フランジ3Dに支持された状態で、飛翔方向上の先端位置が互いに異なっている。 The intermediate tubular flying body 3B is slidably disposed on the outside of the flying body 3A, and further, the tubular flying body 3C is disposed on the outside of the flying body 3B so as to be slidable with respect to each other. In this state, the flying object 3B has a length that does not protrude further downstream than the flying object 3A in the flying direction. body 3C, from the projectile 3B is the total length of the flying direction of which has (projectile 3A and the flange 3D has a length which does not protrude on the downstream side of the flight direction and L 1, 2 single projectile 3B, L 1 > L 2 > L 3 ) where L 2 and L 3 are the lengths in the flight direction of 3C, respectively. That is, the three flying bodies 3A, 3B, and 3C are supported by the flange 3D and have different tip positions in the flying direction.

フランジ3Dが発射管2の開口側の端から飛び出さない状態で、最も内側の飛翔体3Aの先端が丸棒1の一方の端面に当るように、しかも、フランジ3Dの中心、すなわち、飛翔体3Aの軸心が丸棒1の軸心と一致するように、発射管2と丸棒1の一方の端面との間の距離および位置関係が調節されている。   With the flange 3D not projecting from the opening end of the launch tube 2, the tip of the innermost projecting body 3A touches one end surface of the round bar 1, and the center of the flange 3D, that is, the projecting object. The distance and the positional relationship between the launch tube 2 and one end face of the round bar 1 are adjusted so that the axis of 3A coincides with the axis of the round bar 1.

発射管2の閉塞側の端は、開閉弁7を介して高圧空気源8と接続されており、開閉弁7は弁開閉制御装置9によってその開閉が制御される。2つの飛翔体3B,3Cを支持したフランジ3Dが発射管2の閉塞端側にあり、開閉弁7が閉じた状態から弁開閉制御装置9によって開になると、高圧空気が開閉弁7を介して発射管2内に瞬時に供給され、フランジ3Dは、供給された高圧空気によって駆動され、この結果、フランジ3Dは丸棒1の一方の端面に向かって高速移動し、フランジ3Dによって2つの飛翔体3B,3Cが同時に駆動され、飛翔して(フランジ3Dと一体の飛翔体3Aも同時に飛翔して)、まず、最も内側の飛翔体3Aが丸棒1の一方の端面に最初に衝突し、フランジ3Dに支持されていた2つの飛翔体3B,3Cがフランジ3Dから分離し、中間の飛翔体3Bが丸棒1の一方の端面に次に衝突し、最も外側の飛翔体3Cが丸棒1の一方の端面に最後に衝突する。   The end of the firing tube 2 on the closing side is connected to a high-pressure air source 8 via an opening / closing valve 7, and the opening / closing of the opening / closing valve 7 is controlled by a valve opening / closing controller 9. When the flange 3D supporting the two flying bodies 3B, 3C is on the closed end side of the launch tube 2 and the opening / closing valve 7 is opened from the closed state by the valve opening / closing control device 9, high-pressure air passes through the opening / closing valve 7. The flange 3D is instantaneously supplied into the launch tube 2, and the flange 3D is driven by the supplied high-pressure air. As a result, the flange 3D moves at high speed toward one end face of the round bar 1, and the two projectiles are moved by the flange 3D. 3B and 3C are simultaneously driven and flew (the flying object 3A integrated with the flange 3D also flies at the same time). First, the innermost flying object 3A first collides with one end surface of the round bar 1, and the flange The two flying bodies 3B and 3C supported by 3D are separated from the flange 3D, the intermediate flying body 3B next collides with one end face of the round bar 1, and the outermost flying body 3C is the round bar 1 Collides with one end face last

3つの飛翔体3A,3B,3Cは図4のように構成することもできる。すなわち、フランジ3Dの中央部分をその外側部分よりも突出させ、この突出部分の中心に、最も内側の飛翔体3Aをねじ込み固定し、中間の管状の飛翔体3Bを、この突出部分に支持させるように飛翔体3Aの外側に互いに摺動可能に配置し、さらに、管状の飛翔体3Cを、フランジ3Dの突出部分の外側部分に支持されるように飛翔体3Bの外側に互いに摺動可能に配置し、これら2つの飛翔体3B,3Cをフランジ3Dに分離可能に支持するようにしたものであり、その支持状態において、飛翔体3Aとフランジ3Dの飛翔方向の長さの合計をLとし、2つの飛翔体3B,3Cの飛翔方向の長さをそれぞれL,Lとすると、L>L>Lとしたものである。このような構成では、最も外側の飛翔体3Cの長さを、中間の飛翔体3Bの長さより短くする必要はない。このように、図3のそれと比べて、3つの飛翔体の長さの関係を変化させることによって、丸棒の端面に発生する衝撃加速度の周波数帯域幅の制御を一層容易にすることができる。なお、図3の構成および図4の構成のいずれにおいても、最も内側の飛翔体3Aは、フランジ3Dにねじ込んで固定する構造にせずに、他の2つの飛翔体と同様にフランジ3Dと分離可能にしてもよい。また、図4の構成においても、3つの飛翔体3A,3B,3Cは、フランジ3Dに支持された状態で、飛翔方向上の先端位置が互いに異なっている。 The three flying bodies 3A, 3B, 3C can also be configured as shown in FIG. That is, the center portion of the flange 3D is protruded from the outer portion, the innermost flying body 3A is screwed and fixed to the center of the protruding portion, and the intermediate tubular flying body 3B is supported by the protruding portion. Are arranged slidably on the outside of the flying body 3A, and further, the tubular flying body 3C is slidably arranged on the outside of the flying body 3B so as to be supported by the outer portion of the protruding portion of the flange 3D. and, the two projectile 3B, 3C and is obtained by so as to detachably supporting the flange 3D, and in its supported state, the sum of the flying object 3A and the flange 3D flight direction of the length of the L 1, When the lengths of the two flying bodies 3B and 3C in the flying direction are L 2 and L 3 , respectively, L 1 > L 3 > L 2 is satisfied. In such a configuration, it is not necessary to make the length of the outermost flying object 3C shorter than the length of the intermediate flying object 3B. As described above, the frequency bandwidth of the impact acceleration generated on the end face of the round bar can be more easily controlled by changing the relationship between the lengths of the three flying objects as compared with that of FIG. In both the configuration of FIG. 3 and the configuration of FIG. 4, the innermost flying body 3A can be separated from the flange 3D in the same manner as the other two flying bodies, without being structured to be screwed into the flange 3D. It may be. Also in the configuration of FIG. 4, the three flying bodies 3A, 3B, 3C are different from each other in the tip position in the flying direction while being supported by the flange 3D.

さらに、3つの飛翔体3A,3B,3Cは図5のように構成することもできる。この例では、最も外側の飛翔体3Cをフランジ3Dにねじ込み固定し、この最も外側の飛翔体3Cの内側に中間の飛翔体3Bを互いに摺動可能に配置し、この中間の飛翔体3Bの内側に最も内側の飛翔体3Aを互いに摺動可能に配置し、これら2つの飛翔体3A,3Bをフランジ3Dに分離可能に支持するようにしたものであり、その支持状態において、飛翔体3Cとフランジ3Dの飛翔方向の長さの合計をLとし、2つの飛翔体3A,3Bの飛翔方向の長さをそれぞれL,Lとすると、L>L>Lとしたものである。この構成においても、3つの飛翔体3A,3B,3Cは、フランジ3Dに支持された状態で、飛翔方向上の先端位置が互いに異なっている。この構成によれば、3つの飛翔体3A,3B,3Cは、同時駆動され飛翔して、飛翔体3C、飛翔体3B、飛翔体3Aの順番で丸棒1の一方の端面に順次衝突する。 Further, the three flying bodies 3A, 3B, 3C can be configured as shown in FIG. In this example, the outermost flying body 3C is screwed and fixed to the flange 3D, and an intermediate flying body 3B is slidably disposed inside the outermost flying body 3C, and the inner side of the intermediate flying body 3B. The innermost flying body 3A is slidably arranged on the other side, and these two flying bodies 3A and 3B are detachably supported by the flange 3D. In this supported state, the flying body 3C and the flange are supported. the sum of the flying direction of the length of the 3D and L 1, 2 single projectile 3A, the flying direction of 3B length respectively When L 3, L 2, is obtained by the L 1> L 2> L 3 . Also in this configuration, the three flying bodies 3A, 3B, and 3C are different from each other in the tip position in the flying direction while being supported by the flange 3D. According to this configuration, the three flying bodies 3A, 3B, 3C are simultaneously driven to fly and sequentially collide with one end face of the round bar 1 in the order of the flying body 3C, the flying body 3B, and the flying body 3A.

図6は、4つの飛翔体3A,3B,3C,3Eの例を示す。この例では、最も外側の飛翔体3Cの内側に中間の飛翔体3Bを互いに摺動可能に配置し、この中間の飛翔体3Bの内側に別の中間の飛翔体3Eを互いに摺動可能に配置し、この別の中間の飛翔体3Eの内側に最も内側の飛翔体3Aを互いに摺動可能に配置し、これら4つの飛翔体3A,3B,3C,3Eをフランジ3Dに分離可能に支持するようにしたものであり、その支持状態において、4つの飛翔体3A,3B,3C,3Eの飛翔方向の長さをそれぞれL,L,L,Lとすると、L>L>L>Lとしたものである。この構成においても、4つの飛翔体3A,3B,3C,3Eは、フランジ3Dに支持された状態で、飛翔方向上の先端位置が互いに異なっている。この構成によれば、4つの飛翔体3A,3B,3C,3Eは、同時駆動され飛翔して、飛翔体3B、飛翔体3C、飛翔体3E,飛翔体3Aの順番で丸棒1の一方の端面に順次衝突する。 FIG. 6 shows an example of four flying bodies 3A, 3B, 3C, 3E. In this example, an intermediate flying body 3B is slidably disposed inside the outermost flying body 3C, and another intermediate flying body 3E is slidably disposed inside the intermediate flying body 3B. Then, the innermost flying body 3A is slidably disposed inside the other intermediate flying body 3E, and these four flying bodies 3A, 3B, 3C, 3E are detachably supported by the flange 3D. If the lengths of the four flying bodies 3A, 3B, 3C, and 3E in the flying direction are L 4 , L 1 , L 2 , and L 3 in the supporting state, respectively, L 1 > L 2 > L 3 > L 4 Also in this configuration, the four flying bodies 3A, 3B, 3C, and 3E are supported by the flange 3D, and the tip positions in the flying direction are different from each other. According to this configuration, the four flying bodies 3A, 3B, 3C, and 3E are simultaneously driven to fly, and one of the round bars 1 is in the order of the flying body 3B, the flying body 3C, the flying body 3E, and the flying body 3A. It collides sequentially with the end face.

さらに、複数個の飛翔体としては、直径の異なった複数個の球であってもよい。この場合は、フランジ3Dに適当な支持構造を設け(例えば、それぞれの球が入る内径の複数個の管をフランジに固定してそれぞれの中に球を入れる)、そのフランジ3Dを、上記同様に発射管2内に挿入して、高圧空気で駆動し、フランジ3Dを発射管2の開口端でストップさせれば、各球はそれぞれの管から飛び出して丸棒1の一方の端面に衝突する。   Further, the plurality of flying bodies may be a plurality of spheres having different diameters. In this case, an appropriate support structure is provided for the flange 3D (for example, a plurality of pipes having an inner diameter in which the respective spheres are inserted are fixed to the flanges, and the spheres are inserted therein). When inserted into the launch tube 2 and driven with high-pressure air and the flange 3D is stopped at the open end of the launch tube 2, each sphere jumps out of the respective tube and collides with one end face of the round bar 1.

12はレーザ光源であって、そこから出射されたレーザ光は、2つの鏡13(一方の鏡は半透過性であってレーザ光の一部を透過する)で反射し丸棒1の軸と直交してその一方の端面の近傍を通過し、2つの受光素子14に入射する。2つの受光素子14の受光出力は、飛翔体の丸棒1への衝突時の速度を計測するカウンタ15に入力される。飛翔体が駆動され、飛翔して丸棒1の一方の端面に衝突する直前に、最も内側の飛翔体3Aの先端が、まず、発射管2側のレーザ光を遮光し、ついで、丸棒1側のレーザ光を遮光する。レーザ光が遮光されると、受光素子の受光出力はオフされる。したがって、飛翔体3Aの衝突の際に、カウンタ15によって、2つの受光素子14からの2つの受光出力信号のオフとオフの間のタイミングをカウントし、そのカウント結果に基づいて飛翔体の衝突速度を計測することができる。なお、中間の飛翔体3Bおよび最も外側の飛翔体3Cの各々に関しても、上記同様の構成が設けられている。すなわち、中間の飛翔体3Bおよび最も外側の飛翔体3Cの各々の先端が丸棒1の一方の端面に衝突する直前に前記レーザ光源とは別の各レーザ光源からのレーザ光を遮光するように、2つのレーザ光源と、これら2つのレーザ光源に対する各2つの鏡および各2つの受光素子とが設けられ(不図示)、各2つの(計4つの)受光素子の受光出力がカウンタ15に入力され、上記同様の計測が行われる。カウンタ15の計測結果は上述した演算装置に供給され、加速度を検出するセンサ4の校正処理に用いられる。   Reference numeral 12 denotes a laser light source, and laser light emitted from the laser light source is reflected by two mirrors 13 (one mirror is semi-transmissive and transmits a part of the laser light) and The light passes through the vicinity of one of the end faces perpendicularly and enters the two light receiving elements 14. The light reception outputs of the two light receiving elements 14 are input to a counter 15 that measures the speed when the flying object collides with the round bar 1. Immediately before the flying object is driven to fly and collide with one end face of the round bar 1, the tip of the innermost flying object 3A first shields the laser beam on the launch tube 2 side, and then the round bar 1 The side laser beam is shielded. When the laser beam is blocked, the light receiving output of the light receiving element is turned off. Therefore, when the flying object 3A collides, the counter 15 counts the timing between the two light receiving output signals from the two light receiving elements 14 between OFF and OFF, and the flying object collision speed is based on the count result. Can be measured. The same configuration as described above is provided for each of the intermediate flying body 3B and the outermost flying body 3C. That is, the laser beams from the laser light sources other than the laser light source are shielded immediately before the tips of the intermediate projecting body 3B and the outermost projecting body 3C collide with one end surface of the round bar 1. Two laser light sources, two mirrors for each of the two laser light sources and two light receiving elements (not shown) are provided, and the light reception outputs of the two (four total) light receiving elements are input to the counter 15. Then, the same measurement as described above is performed. The measurement result of the counter 15 is supplied to the above-described arithmetic device and used for the calibration process of the sensor 4 that detects the acceleration.

上記構成によれば、丸棒1の一方の端面に飛翔体3A,3B,3Cを衝突させて衝撃を加え丸棒1の内部に弾性波パルスを発生させる。その際、個々の飛翔体の丸棒1の一方の端面への衝突のタイミングをずらすことにより、重ね合わせの原理により全体としての弾性波パルスの継続時間を長くすることができる。詳細は図7を参照して後述する。   According to the above configuration, the flying bodies 3 </ b> A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C are caused to collide with one end face of the round bar 1 and an impact is applied to generate an elastic wave pulse inside the round bar 1. At that time, by shifting the timing of the collision of each flying object with one end face of the round bar 1, the duration of the elastic wave pulse as a whole can be extended according to the principle of superposition. Details will be described later with reference to FIG.

飛翔体の衝突のタイミングは、飛翔体の長さの違いと、衝突速度V1に依存する。飛翔体全体は摩擦による速度低下が無視出来るとすると同じ衝突速度で丸棒端面に衝突するが、最も内側の飛翔体3Aの長さをLp1とし中間の飛翔体3Bの長さをLp2とすると、衝突の時間差は、(Lp1 - Lp2)/ V1となる。 Timing of the collision of the projectile has a difference in length of the projectile depends on the impact velocity V 1. Assuming that the speed drop due to friction can be ignored, the entire flying object collides with the end face of the round bar at the same collision speed, but the length of the innermost flying object 3A is L p1 and the length of the intermediate flying object 3B is L p2 . Then, the time difference of collision becomes (L p1 -L p2 ) / V 1 .

丸棒1の一方の端面への飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスは丸棒1の内部を伝ぱして、丸棒1の他方の端面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、その端面に治具5を介して取りつけた加速度を検出するセンサ4への入力となる。   The elastic wave pulse generated by the collision of the flying object with one end face of the round bar 1 propagates through the inside of the round bar 1 and reaches the other end face of the round bar 1 to be reflected. The impact acceleration in the direction perpendicular to the end face generated during the reflection process becomes an input to the sensor 4 that detects the acceleration attached to the end face via the jig 5.

丸棒1の他方の端面に発生する衝撃加速度の検出は、当該他方の端面をレーザ干渉計からのレーザ光が照射できる位置に設けられた当該レーザ干渉計または、丸棒1の側面の複数箇所(軸方向に一箇所の場合も含む。)に貼りつけたひずみゲージ6で行う。   The impact acceleration generated on the other end face of the round bar 1 is detected by the laser interferometer provided at a position where the other end face can be irradiated with the laser light from the laser interferometer or a plurality of positions on the side face of the round bar 1. This is performed with the strain gauge 6 affixed to (including the case of one place in the axial direction).

ここで、丸棒1の一方の端面への個々の飛翔体の単独衝突により丸棒の他方の端面に発生する衝撃加速度と、3つの飛翔体3A,3B,3Cを、衝突タイミングをずらして丸棒の一方の端面に連続衝突させた場合に発生する衝撃加速度との関係を、図7を用いて説明する。図7に示すように、21は最も内側の飛翔体3Aの衝突のみで発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形、22は中間の飛翔体3Bの衝突のみで発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形、23は最も外側の飛翔体3Cの衝突のみで発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形であり、これらから、1つの飛翔体の衝突によって発生する衝撃加速度の継続時間は短いことがわかる。24は3つの飛翔体3A,3B,3Cの衝突タイミングを制御して(図7では、最も内側の飛翔体3Aの衝突からαの時間経過後に中間の飛翔体3Bが衝突し、同じく、α(α<α)の時間経過後に最も外側の飛翔体3Cが衝突した)、重ね合わせにより全体として発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形を示し、この全体としての衝撃加速度の継続時間αは、上述の個々の衝撃加速度の継続時間よりも長くなることがわかる。25は3つの飛翔体3A,3B,3Cの衝突の際に得られる、重ね合わされた入射パルスのひずみ波形を示す。26は丸棒1の他方の端面で反射した弾性波パルスの合成ひずみ波形(衝撃加速度の発生には寄与しない)を示す。 Here, the impact acceleration generated on the other end face of the round bar due to the single collision of each flying object on one end face of the round bar 1 and the three flying bodies 3A, 3B, 3C are rounded at different collision timings. The relationship with the impact acceleration that occurs when the end surface of the rod is continuously collided will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, 21 is a waveform of impact acceleration measured by the strain gauge only generated by the collision of the innermost flying object 3 </ b> A, and 22 is a distortion gauge generated only by the collision of the intermediate flying object 3 </ b> B. The waveform of the measured impact acceleration, 23 is the waveform of the impact acceleration measured by the strain gauge generated only by the collision of the outermost flying object 3C. From these, the impact acceleration generated by the collision of one flying object It can be seen that the duration of is short. 24 three projectile 3A, 3B, and controls the collision timing of 3C (in FIG. 7, the innermost projectile 3B collision from the middle after a time lapse of alpha 1 of the projectile 3A collide, likewise, alpha 2 (the outermost flying object 3C collided after the time of α 12 )), showing the waveform of the impact acceleration measured by the strain gauge as a whole caused by superposition, and the impact acceleration as a whole duration alpha 3 of, it can be seen that longer than the duration of the individual impact acceleration above. Reference numeral 25 denotes a distortion waveform of the superimposed incident pulse obtained when the three flying bodies 3A, 3B, and 3C collide. Reference numeral 26 denotes a combined strain waveform (not contributing to the generation of impact acceleration) of the elastic wave pulse reflected from the other end face of the round bar 1.

レーザ干渉計で丸棒1の他方の端面の運動を測定する場合には、校正対象である加速度を検出するセンサがとりつけられている丸棒1の他方の端面に直接レーザを照射する。ひずみゲ−ジで測定する場合には、複数個のゲージの出力結果を、信号処理しある代表位置でのひずみゲージの値に換算することによってノイズを抑制することもできる。同時に、その代表位置でのゲージ出力の周波数特性に対して、前述のレーザ干渉計で丸棒1の他方の端面の運動を直接計測して事前に求めておいた補正関数を施し、さらに、必要に応じて治具5のセンサ取り付け平面の運動を別のレーザ干渉計で直接計測して事前に求めておいた別の補正関数を施してレーザ干渉計で計測した結果と同等の結果が得られるようにすることもできる。   When the movement of the other end face of the round bar 1 is measured with a laser interferometer, the other end face of the round bar 1 to which a sensor for detecting acceleration to be calibrated is attached is directly irradiated with laser. In the case of measuring with a strain gauge, noise can be suppressed by converting the output results of a plurality of gauges into values of strain gauges at a representative position subjected to signal processing. At the same time, the correction function previously obtained by directly measuring the movement of the other end face of the round bar 1 with the above-mentioned laser interferometer is applied to the frequency characteristics of the gauge output at the representative position, and further necessary. Accordingly, the movement of the sensor mounting plane of the jig 5 is directly measured by another laser interferometer, and another correction function obtained in advance is applied to obtain a result equivalent to the result measured by the laser interferometer. It can also be done.

最も外側の飛翔体3Cと発射管2との接触面には潤滑処理を施す。個々の飛翔体の発射により棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を制御する(例えば狭くする)ために、飛翔体先端部に高分子材料、プラスティックス、木材などをとりつけることができる。あるいは、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持つような構造の飛翔体を用いることもできる。   The contact surface between the outermost flying object 3C and the launch tube 2 is lubricated. In order to control (for example, narrow) the frequency band of the elastic wave pulse generated inside the rod by the launch of each flying object, a polymer material, plastic, wood, or the like can be attached to the tip of the flying object. Alternatively, a flying body having a structure in which the flying body main body portion has a laminated structure with different materials such as metal, polymer material, plastics, and wood can be used.

(演算装置において行われる演算処理の内容)
<丸棒の端面の運動>
(Contents of arithmetic processing performed in the arithmetic unit)
<Motion of the end face of the round bar>

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実際には、ひずみゲ−ジを丸棒1の他方の端面と丸棒1の側面の境界に貼ることは不可能なので、丸棒1の衝撃端面(一方の端面)から、L(n=1…N)だけ離れた位置(図2参照)に貼られていると仮定する。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L1とする。この場合、各L(n=1…N)の位置において、加速度を検出する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。 Actually, since it is impossible to attach a strain gauge to the boundary between the other end face of the round bar 1 and the side face of the round bar 1, L n (n = n = 1... N) is assumed to be pasted at a position (see FIG. 2) separated from each other. Further, the representative position of the gauge was affixed to a plurality of positions in the axial direction of the rod and L 1. In this case, at each position of L n (n = 1... N), the incident wave and the reflected wave on the end face to which the sensor for detecting acceleration is attached must be observed separately.

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複数のひずみ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ひずみの計測すなわち低ピーク加速度の計測が可能になる。 By calculating the average of output signals using a plurality of strain gauges, it is possible to reduce the influence of noise and measure minute dynamic strain, that is, low peak acceleration.

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そのためには、次式を用いる。 For that purpose, the following equation is used.

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(11)式より端面の運動加速度が求まるので、次式にしたがって加速度を検出するセンサの周波数応答が求まる。 Since the motion acceleration of the end face is obtained from the equation (11), the frequency response of the sensor that detects the acceleration is obtained according to the following equation.

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丸棒1の周方向に複数個のひずみゲージを貼り付け、さらに、軸方向に複数個のひずみゲージを貼り付けた場合に比べて、軸方向には1箇所のみ、ひずみゲージを貼り付けた場合(すなわち、周方向には複数個のひずみゲージを貼り付けてある)は、軸方向の複数箇所のひずみゲージ貼り付け位置の各々からの出力を軸方向の1つの代表位置での出力に換算する計算が必要ない。軸方向の1箇所に貼り付けたひずみゲージ出力を代表点位置に貼ってあるゲージ出力と見なすだけである。   When a plurality of strain gauges are attached in the circumferential direction of the round bar 1 and more than one strain gauge is attached in the axial direction, when only one strain gauge is attached in the axial direction. (That is, a plurality of strain gauges are attached in the circumferential direction) converts the output from each of a plurality of strain gauge attachment positions in the axial direction into an output at one representative position in the axial direction. No calculation is necessary. The strain gauge output pasted at one position in the axial direction is merely regarded as the gauge output pasted at the representative point position.

<並進加速度に関する感度軸が一軸のセンサの場合>
各測定ごとに、加速度を検出するセンサ4(慣性センサ若しくは加速度センサ)を治具を介して取り付けた丸棒1の他方の端面の軸方向加速度(並進加速度)は、上述のようにして計測し、加速度を検出するセンサ4からの検出信号は以下のように処理する。3回の測定は、各測定ごとに治具を替えて、後述のような状態が得られるように当該治具を調整して行う(詳細は後述する)。
<When the sensitivity axis for translation acceleration is a single axis sensor>
For each measurement, the axial acceleration (translational acceleration) of the other end face of the round bar 1 to which a sensor 4 (inertia sensor or acceleration sensor) for detecting acceleration is attached via a jig is measured as described above. The detection signal from the sensor 4 that detects acceleration is processed as follows. The measurement is performed three times by changing the jig for each measurement and adjusting the jig so that a state as described below is obtained (details will be described later).

加速度を検出するセンサの1個の感度軸をZ軸とし、その出力信号を(0, 0, aoz(t) )とする。X軸成分とY軸成分は勿論ゼロである。これに対して、センサの入力加速度信号を、aix(t), aiy(t), aiz(t)とすると次の式が成立する。このとき、丸棒1の他方の端面で反射する弾性波パルスによって当該端面に発生する各測定ごとの加速度ai1, ai2, ai3を、ベクトルとして、加速度を検出するセンサに固定した座標系から見たときに、線形独立になるように治具を調整する。 One sensitivity axis of the sensor for detecting acceleration is defined as the Z axis, and its output signal is defined as (0, 0, a oz (t)). Of course, the X-axis component and the Y-axis component are zero. On the other hand, if the input acceleration signal of the sensor is a ix (t), a iy (t), a iz (t), the following equation is established. At this time, a coordinate system fixed to a sensor for detecting acceleration using acceleration a i1 , a i2 , a i3 for each measurement generated on the end face by an elastic wave pulse reflected on the other end face of the round bar 1 as a vector. Adjust the jig so that it is linearly independent when viewed from above.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

記号α123123123については、図2を参照。入力加速度が、該加速度を検出するセンサの感度軸上にあるとは仮定しない。感度軸上にあると仮定したのでは、入力加速度をベクトルとみなしたことにはならない。この時、マトリックス感度は1×3のマトリックス(Szx, Szy, Szz)で表される。Szxは入力加速度のX軸成分に対するZ軸出力信号との関係を表すので横感度、Szyは入力加速度のY軸成分に対するZ軸出力信号との関係を表すので横感度、SzzはZ軸入力加速度のZ軸成分に対する出力信号との関係を表すので主軸感度を表す。このときに、出力信号と入力信号の関係は、以下の式で表される。Lは、ラプラス変換を表す。 See FIG. 2 for symbols α 1 , α 2 , α 3 , β 1 , β 2 , β 3 , γ 1 , γ 2 , γ 3 . It is not assumed that the input acceleration is on the sensitivity axis of the sensor that detects the acceleration. Assuming that it is on the sensitivity axis, the input acceleration is not considered as a vector. At this time, the matrix sensitivity is represented by a 1 × 3 matrix (S zx , S zy , S zz ). S zx is cross sensitivity because cross sensitivity since showing the relationship between the Z axis output signal to the X-axis component of the input acceleration, the S zy represent the relation between the Z-axis output signal to the Y-axis component of the input acceleration, S zz is Z Since the relationship with the output signal with respect to the Z-axis component of the axis input acceleration is expressed, the spindle sensitivity is expressed. At this time, the relationship between the output signal and the input signal is expressed by the following equation. L represents Laplace transform.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(17)式の左辺において、各入力信号のk番目の周波数成分に関する計算結果を、Gikk)とすると、ωkにおける感度に関する以下の連立一次方程式が導かれる。 On the left side of equation (17), if the calculation result for the k-th frequency component of each input signal is G ikk ), the following simultaneous linear equations for sensitivity at ω k are derived.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(18)式の係数行列式は、丸棒の軸方向の入力加速度ベクトルが加速度を検出するセンサに固定してある座標系から見たときに、一次独立であることを仮定しているのでゼロにはなりえないことから、ωkの値とは無関係に必ず解ける。このようにして、k番目の周波数成分に関して、主軸感度と、横感度が求まるので、必要な周波数成分に対して同様の計算を行うことによって、主軸感度と横感度を周波数の関数として、求めることができる。 The coefficient determinant of the equation (18) is zero because it is assumed that the input acceleration vector in the axial direction of the round bar is linearly independent when viewed from the coordinate system fixed to the sensor for detecting acceleration. Since it cannot be, it can always be solved regardless of the value of ω k . In this way, since the main axis sensitivity and the lateral sensitivity are obtained for the kth frequency component, the main axis sensitivity and the lateral sensitivity are obtained as a function of frequency by performing the same calculation for the necessary frequency components. Can do.

マトリックスとして求めない場合には、Szzのみを求める。この場合には治具を用いず、加速度を検出するセンサを直接丸棒1の他方の端面に取り付ける。棒端面に固定した座標系のZ軸と加速度を検出するセンサの感度軸は一致する。 When it is not obtained as a matrix, only S zz is obtained. In this case, a sensor for detecting acceleration is directly attached to the other end face of the round bar 1 without using a jig. The Z axis of the coordinate system fixed to the end face of the rod matches the sensitivity axis of the sensor that detects acceleration.

<並進加速度に関する感度軸が二軸のセンサの場合>
各測定ごとに、加速度を検出するセンサ4(慣性センサ若しくは加速度センサ)を治具を介して取り付けた丸棒1の他方の端面の軸方向加速度(並進加速度)は、上述のようにして計測し、加速度を検出するセンサ4からの検出信号は以下のように処理する。3回の測定は、各測定ごとに治具を替えて、後述のような状態が得られるように当該治具を調整して行う(詳細は後述する)。
<In the case of a sensor with a biaxial sensitivity axis for translational acceleration>
For each measurement, the axial acceleration (translational acceleration) of the other end face of the round bar 1 to which a sensor 4 (inertia sensor or acceleration sensor) for detecting acceleration is attached via a jig is measured as described above. The detection signal from the sensor 4 that detects acceleration is processed as follows. The measurement is performed three times by changing the jig for each measurement and adjusting the jig so that a state as described below is obtained (details will be described later).

加速度を検出するセンサの2個の感度軸をY軸、Z軸とし、その出力信号を(0, aoy(t), aoz(t))とする。ωは角振動数である。X軸成分は勿論ゼロである。これに対して、センサの入力加速度信号を、(aix(t), aiy(t), aiz(t))とする。このとき、丸棒1の他方の端面で反射する弾性波パルスによって当該端面に発生する各測定ごとの加速度ai1, ai2, ai3を、ベクトルとして、加速度を検出するセンサに固定した座標系から見たときに、線形独立になるように治具を調整するとして、以下のような関係が成立する。 The two sensitivity axes of the sensor that detects acceleration are the Y-axis and the Z-axis, and the output signals are (0, a oy (t), a oz (t)). ω is the angular frequency. Of course, the X-axis component is zero. On the other hand, the input acceleration signal of the sensor is (a ix (t), a iy (t), a iz (t)). At this time, a coordinate system fixed to a sensor for detecting acceleration using acceleration a i1 , a i2 , a i3 for each measurement generated on the end face by an elastic wave pulse reflected on the other end face of the round bar 1 as a vector. When the jig is adjusted so as to be linearly independent when viewed from the above, the following relationship is established.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

記号α123123123については、図2を参照。入力加速度が、該加速度を検出するセンサの二個の感度軸で決まる平面(感度平面)上にあるとは仮定しない。感度軸で決まる平面上にあると仮定したのでは、入力加速度をベクトルとみなしたことにはならない。この時、マトリックス感度は以下に示す2×3のマトリックスで表される。 See FIG. 2 for symbols α 1 , α 2 , α 3 , β 1 , β 2 , β 3 , γ 1 , γ 2 , γ 3 . It is not assumed that the input acceleration is on a plane (sensitivity plane) determined by the two sensitivity axes of the sensor that detects the acceleration. Assuming that it is on a plane determined by the sensitivity axis, the input acceleration is not regarded as a vector. At this time, the matrix sensitivity is represented by a 2 × 3 matrix shown below.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

丸棒端面で反射する弾性波パルスによって発生する加速度ai1, ai2, ai3について、(20)式を書き下すと、以下の3つの式のようになる。 When the equation (20) is written down for the accelerations a i1 , a i2 , a i3 generated by the elastic wave pulse reflected from the end face of the round bar, the following three equations are obtained.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(21)、(22)、(23)式において、左辺をラプラス変換し、各軸出力とai1, ai2, ai3との伝達関数を求めると、(24)式が得られる。 In formulas (21), (22), and (23), when the left side is Laplace transformed and the transfer functions of the respective axis outputs and a i1 , a i2 , and a i3 are obtained, formula (24) is obtained.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(24)式の係数行列の行列式はゼロでないことが証明できるので、周波数とは無関係に解けることから、主軸感度、横感度を周波数の関数として求めることができる。 Since the determinant of the coefficient matrix of equation (24) can be proved to be non-zero and can be solved regardless of the frequency, the main axis sensitivity and the lateral sensitivity can be obtained as a function of the frequency.

マトリックスとして求めない場合には、Syy, Szzのみを求める。この場合には治具を用いず、加速度を検出するセンサを直接丸棒1の他方の端面に取り付ける。棒端面に固定した座標系のZ軸と加速度を検出するセンサの感度軸は一致させる必要があるので、加速度を検出するセンサのZ軸方向のデータを取り、次に加速度を検出するセンサのY軸方向のデータを取る必要がある。取つけ条件を同一にすることが重要である。 When not obtained as a matrix, only S yy and S zz are obtained. In this case, a sensor for detecting acceleration is directly attached to the other end face of the round bar 1 without using a jig. Since the Z axis of the coordinate system fixed to the end face of the rod needs to coincide with the sensitivity axis of the sensor that detects acceleration, the data of the sensor that detects acceleration is taken in the Z axis direction, and then the Y of the sensor that detects acceleration Axis data needs to be taken. It is important that the mounting conditions are the same.

<並進加速度に関する感度軸が三軸のセンサの場合>
各測定ごとに、加速度を検出するセンサ4(慣性センサ若しくは加速度センサ)を治具を介して取り付けた丸棒1の他方の端面の軸方向加速度(並進加速度)は、上述のようにして計測し、加速度を検出するセンサ4からの検出信号は以下のように処理する。3回の測定は、各測定ごとに治具を替えて、後述のような状態が得られるように当該治具を調整して行う(詳細は後述する)。
<When the sensitivity axis for translational acceleration is a triaxial sensor>
For each measurement, the axial acceleration (translational acceleration) of the other end face of the round bar 1 to which a sensor 4 (inertia sensor or acceleration sensor) for detecting acceleration is attached via a jig is measured as described above. The detection signal from the sensor 4 that detects acceleration is processed as follows. The measurement is performed three times by changing the jig for each measurement and adjusting the jig so that a state as described below is obtained (details will be described later).

加速度を検出するセンサの3個の感度軸をX軸、Y軸、Z軸とし、その出力信号を(aox(t), aoy(t), aoz(t))とする。これに対して、センサの入力加速度信号のX軸成分、Y軸成分、Z軸成分を、(aix(t), aiy(t), aiz(t))とする。このとき、丸棒1の他方の端面で反射する弾性波パルスによって当該端面に発生する各測定ごとの加速度ai1, ai2, ai3を、ベクトルとして、加速度を検出するセンサに固定した座標系から見たときに、線形独立になるように治具を調整するとして、以下のような関係が成立する。 The three sensitivity axes of the sensor for detecting acceleration are the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the output signals are (a ox (t), a oy (t), and a oz (t)). On the other hand, the X-axis component, Y-axis component, and Z-axis component of the input acceleration signal of the sensor are set to (a ix (t), a iy (t), a iz (t)). At this time, a coordinate system fixed to a sensor for detecting acceleration using acceleration a i1 , a i2 , a i3 for each measurement generated on the end face by an elastic wave pulse reflected on the other end face of the round bar 1 as a vector. When the jig is adjusted so as to be linearly independent when viewed from the above, the following relationship is established.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

入力加速度が、該加速度を検出するセンサの三個の感度軸で決まる空間(感度空間)上にあるとは仮定しない。感度軸で決まる感度空間にあると仮定したのでは、入力加速度をベクトルとみなしたことにはならない。加速度を検出するセンサは、入力加速度空間を感度ベクトル空間に射影する。
この時、マトリックス感度は以下に示す3×3のマトリックスで表される。
It is not assumed that the input acceleration is on a space (sensitivity space) determined by the three sensitivity axes of the sensor that detects the acceleration. Assuming that it is in the sensitivity space determined by the sensitivity axis, the input acceleration is not regarded as a vector. The sensor that detects acceleration projects the input acceleration space onto the sensitivity vector space.
At this time, the matrix sensitivity is represented by a 3 × 3 matrix shown below.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

丸棒1の他方の端面で反射する弾性波パルスによって当該端面に発生する各測定ごとの加速度ai1, ai2, ai3について、(26)式を書き下すと、以下の3つの式のようになる。 When the equation (26) is written down for the accelerations a i1 , a i2 , a i3 for each measurement generated on the end surface by the elastic wave pulse reflected on the other end surface of the round bar 1, the following three equations are obtained. become.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(27)、(28)、(29)式において、左辺をラプラス変換し、各軸出力とai1, ai2, ai3との伝達関数を求めると、(30)式が得られる。 In equations (27), (28), and (29), when the left side is subjected to Laplace transform and the transfer functions of the respective axis outputs and a i1 , a i2 , and a i3 are obtained, equation (30) is obtained.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(30)式の係数行列の行列式はゼロでないことが証明できるので、周波数とは無関係に解けることから、主軸感度、横感度を周波数の関数として求めることができる。マトリックスとして求めない場合には、Sxx, Syy, Szzのみを求める。この場合には治具を用いず、加速度を検出するセンサを直接丸棒1の他方の端面に取り付ける。棒端面に固定した座標系のZ軸と加速度を検出するセンサの感度軸は一致させる必要があるので、加速度を検出するセンサのZ軸方向のデータを取り、次に加速度を検出するセンサのY軸方向のデータを取り、次に加速度を検出するセンサのX軸方向のデータを取る必要がある。順序は重要ではない。取つけ条件を同一にすることが重要である。 Since the determinant of the coefficient matrix of Equation (30) can be proved to be non-zero and can be solved regardless of the frequency, the main axis sensitivity and the lateral sensitivity can be obtained as a function of the frequency. When not obtained as a matrix, only S xx , S yy , and S zz are obtained. In this case, a sensor for detecting acceleration is directly attached to the other end face of the round bar 1 without using a jig. Since the Z axis of the coordinate system fixed to the end face of the rod needs to coincide with the sensitivity axis of the sensor that detects acceleration, the data of the sensor that detects acceleration is taken in the Z axis direction, and then the Y of the sensor that detects acceleration It is necessary to take data in the axial direction and then take data in the X-axis direction of a sensor that detects acceleration. The order is not important. It is important that the mounting conditions are the same.

<ピーク感度の測定方法>
加速度を検出するセンサで衝撃加速度のピーク値を求める際、従来は横感度の影響を考慮することが出来なかった。その理由は、加速度を検出するセンサの感度をマトリックスとして定義し、その要素を周波数の関数として求めるという基本的な考え方がなかったからである。感度軸方向に関するピーク感度をPSxx, PSyy, PSzzと書くことにする。感度軸と直交する方向に関するピーク感度を、PSxy, PSxz, PSyx, PSyz, PSzx, PSzyと書くことにする。感度軸が1個のセンサの場合、二個のセンサの場合、三個のセンサの場合に共通する感度軸としてZ軸を用いているので、ピーク感度の計算方法をZ軸について述べる。X軸、Y軸に関しても同様である。
<Measurement method of peak sensitivity>
Conventionally, when the peak value of impact acceleration is obtained by a sensor that detects acceleration, the influence of lateral sensitivity cannot be considered. The reason is that there was no basic idea of defining the sensitivity of the sensor for detecting acceleration as a matrix and obtaining the element as a function of frequency. The peak sensitivity in the sensitivity axis direction is written as PS xx , PS yy , PS zz . The peak sensitivity in the direction orthogonal to the sensitivity axis is written as PS xy , PS xz , PS yx , PS yz , PS zx , PS zy . When the sensitivity axis is one sensor, in the case of two sensors, the Z axis is used as the sensitivity axis common to the case of three sensors, and therefore the peak sensitivity calculation method will be described for the Z axis. The same applies to the X axis and the Y axis.

(a)感度軸が一軸の加速度を検出するセンサの場合   (a) For sensors that detect acceleration with a single sensitivity axis

Figure 0004491596
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ここで、+側の入力信号の最大値と+側の出力信号の最大値で決まるピーク感度をPS+、−側の入力信号の最大値と−側の出力信号の最大値で決まるピーク感度をPS-と定義する。その結果、上の表から以下の数式が導かれる。 Here, the peak sensitivity determined by the maximum value of the + side input signal and the maximum value of the + side output signal is PS + , and the peak sensitivity determined by the maximum value of the − side input signal and the maximum value of the − side output signal is PS - to define. As a result, the following formula is derived from the above table.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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Figure 0004491596
Figure 0004491596

ここで全てのピーク感度PS+ zx, PS- zx, PS+ zy, PS- zy, PS+ zz, PS- zzは、加速度を検出するセンサの内部サイズモ系が共振を起こしている状態で計測されてはならない。ピーク感度は、共振が起きると増加する。従って、図8に示すように加速度を検出するセンサに印加する衝撃加速度の周波数帯域の関数としてピーク感度を表わせば、値が上昇し始めるところを以って、使用可能な周波数帯域とピーク感度を求めることが可能になる。加速度を検出するセンサに印加する衝撃加速度の周波数帯域の制御は、飛翔体の多重化(多重飛翔体)によって可能になる。 Here, all peak sensitivities PS + zx , PS - zx , PS + zy , PS - zy , PS + zz , and PS - zz are measured in a state where the internal seismo system of the sensor that detects acceleration is in resonance. must not. Peak sensitivity increases when resonance occurs. Therefore, as shown in FIG. 8, if the peak sensitivity is expressed as a function of the frequency band of the impact acceleration applied to the sensor for detecting the acceleration, the usable frequency band and the peak sensitivity can be determined as the value starts to increase. It becomes possible to ask. Control of the frequency band of the impact acceleration applied to the sensor for detecting the acceleration becomes possible by multiplexing the flying objects (multiple flying objects).

(b)感度軸が二軸の加速度を検出するセンサの場合   (b) In the case of a sensor that detects acceleration with two sensitivity axes

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Z軸に関するピーク感度は、すでに(a)で述べた結果と同じであるので、Y軸に関する結果を書くと以下のようになる。   Since the peak sensitivity with respect to the Z axis is the same as the result already described in (a), the result with respect to the Y axis is written as follows.

Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

ここで全てのピーク感度PS+ zx, PS- zx, PS+ zy, PS- zy, PS+ zz, PS- zz, PS+ yx, PS- yx, PS+ yy, PS- yy, PS+ yz, PS- yzは、加速度を検出するセンサの内部サイズモ系が共振を起こしている状態で計測されてはならない。ピーク感度は、共振が起きると増加する。従って、図8に示すように加速度を検出するセンサに印加する衝撃加速度の周波数帯域の関数としてピーク感度を表わせば、値が上昇し始めるところを以って、使用可能な周波数帯域とピーク感度を求めることが可能になる。加速度を検出するセンサに印加する衝撃加速度の周波数帯域の制御は、飛翔体の多重化(多重飛翔体)によって可能になる。 Here all peak sensitivities PS + zx , PS - zx , PS + zy , PS - zy , PS + zz , PS - zz , PS + yx , PS - yx , PS + yy , PS - yy , PS + yz , PS - yz should not be measured in a state where the internal seismogram of the sensor that detects acceleration is causing resonance. Peak sensitivity increases when resonance occurs. Therefore, as shown in FIG. 8, if the peak sensitivity is expressed as a function of the frequency band of the impact acceleration applied to the sensor for detecting the acceleration, the usable frequency band and the peak sensitivity can be determined as the value starts to increase. It becomes possible to ask. Control of the frequency band of the impact acceleration applied to the sensor for detecting the acceleration becomes possible by multiplexing the flying objects (multiple flying objects).

(c)感度軸が三軸の加速度を検出するセンサの場合   (c) For a sensor that detects acceleration with three sensitivity axes

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Y軸、Z軸に関するピーク感度は、すでに(b),(a)で述べた結果と同じであるので、X軸に関する結果を書くと以下のようになる。 The peak sensitivities for the Y and Z axes are the same as those already described in (b) and (a), so the results for the X axis are as follows.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
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Figure 0004491596
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Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

ここで全てのピーク感度PS+ zx, PS- zx, PS+ zy, PS- zy, PS+ zz, PS- zz, PS+ yx, PS- yx, PS+ yy, PS- yy, PS+ yz, PS- yz, PS+ xx, PS- xx, PS+ xy, PS- xy, PS+ xz, PS- xzは、加速度を検出するセンサの内部サイズモ系が共振を起こしている状態で計測されてはならない。ピーク感度は、共振が起きると増加する。従って、図7に示すように加速度を検出するセンサに印加する衝撃加速度の周波数帯域の関数としてピーク感度を表わせば、値が上昇し始めるところを以って、使用可能な周波数帯域とピーク感度を求めることが可能になる。加速度を検出するセンサに印加する衝撃加速度の周波数帯域の制御は、飛翔体の多重化(多重飛翔体)によって可能になる。 Here all peak sensitivities PS + zx , PS - zx , PS + zy , PS - zy , PS + zz , PS - zz , PS + yx , PS - yx , PS + yy , PS - yy , PS + yz , PS - yz , PS + xx , PS - xx , PS + xy , PS - xy , PS + xz , PS - xz are measured when the internal seismo system of the sensor that detects acceleration is in resonance. Don't be. Peak sensitivity increases when resonance occurs. Therefore, as shown in FIG. 7, if the peak sensitivity is expressed as a function of the frequency band of the impact acceleration applied to the sensor for detecting acceleration, the usable frequency band and the peak sensitivity are determined by the point where the value starts to rise. It becomes possible to ask. Control of the frequency band of the impact acceleration applied to the sensor for detecting the acceleration becomes possible by multiplexing the flying objects (multiple flying objects).

<係数行列式がゼロにならずに、連立一次方程式が解けることの証明>
付録
係数行列式がゼロにならずに、連立一次方程式が解けることの証明
<Proof that simultaneous linear equations can be solved without the coefficient determinant becoming zero>
Appendix Proof that simultaneous linear equations can be solved without zero coefficient determinant

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(101)に示す行列式がゼロでないことは、行列式の値が行を入れ替えても変わらないという行列式の性質を用いると、証明できる。すなわち、(101)式の現第3行を現第2行と交換し、その段階での第5行と第3行を交換し、その段階での第4行と第5行を交換すると、以下のマトリックスになる。 The fact that the determinant shown in (101) is not zero can be proved by using the determinant property that the value of the determinant does not change even if the rows are replaced. That is, if the current third row of (101) is exchanged with the current second row, the fifth row and the third row at that stage are exchanged, and the fourth and fifth rows at that stage are exchanged, It becomes the following matrix.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

この行列式の値は、加速度センサに固定した座標系からみた入力加速度が線形独立である仮定から導かれる以下の仮定によって、ゼロではない。 The value of this determinant is not zero due to the following assumptions derived from the assumption that the input acceleration seen from the coordinate system fixed to the acceleration sensor is linearly independent.

Figure 0004491596
Figure 0004491596

Figure 0004491596
Figure 0004491596

同様に(102)式の行列に関しても(101)式と同様に考えると、以下のことが証明される。 Similarly, regarding the matrix of equation (102), the following is proved when considered in the same manner as equation (101).

Figure 0004491596
Figure 0004491596

(a)は本発明の実施形態における多重飛翔体を用いた衝撃加速度による加速度センサ校正装置の構成を示す図であり、(b)は3つの飛翔体の構造を示す(一部は断面を示す)図である。(A) is a figure which shows the structure of the acceleration sensor calibration apparatus by the impact acceleration using the multiple flying body in embodiment of this invention, (b) shows the structure of three flying bodies (one part shows a cross section) ). 丸棒の端面に固定した座標系と加速度を検出するセンサに固定した座標系との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the coordinate system fixed to the end surface of a round bar, and the coordinate system fixed to the sensor which detects an acceleration. 多重飛翔体の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of a multiple flying body. 多重飛翔体の構造の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of a multiple flying body. 多重飛翔体の構造のさらに他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of a multiple flying body. 多重飛翔体の構造のさらに他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of a multiple flying body. 丸棒1の一方の端面への個々の飛翔体の単独衝突により丸棒の他方の端面に発生する衝撃加速度と、3つの飛翔体3A,3B,3Cを、衝突タイミングをずらして丸棒の一方の端面に連続衝突させた場合に発生する衝撃加速度との関係を示す図である。The impact acceleration generated on the other end face of the round bar due to the single collision of each flying object on one end face of the round bar 1 and the three flying bodies 3A, 3B, 3C are shifted by the collision timing and one of the round bars It is a figure which shows the relationship with the impact acceleration which generate | occur | produces when it is made to collide with the end surface of this. 加速度センサのピーク感度と加速度センサに印加する衝撃加速度の周波数帯域との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak sensitivity of an acceleration sensor, and the frequency band of the impact acceleration applied to an acceleration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 金属の丸棒
2 発射管
3A,3B,3C 飛翔体
3D フランジ
4 加速度センサ
5 治具
6 ひずみゲージ
7,8 レーザ光
9 弁
10 高圧空気源
11 弁開閉制御装置
12 レーザ光源
13 鏡
14 受光素子
15 カウンタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal round bar 2 Launch tube 3A, 3B, 3C Flying object 3D Flange 4 Acceleration sensor 5 Jig 6 Strain gauge 7, 8 Laser beam
9 Valve 10 High pressure air source
11 Valve open / close control device
12 Laser light source 13 Mirror 14 Light receiving element 15 Counter

Claims (36)

複数の飛翔体を丸棒の一方の端面に衝突させることにより、他方の端面に垂直な方向に生じる並進加速度を、前記丸棒の他方の端面に治具を介して取り付けた、単軸または多軸の感度軸を有する加速度を検出するセンサによって計測し、これを複数回繰り返す際に、前記治具として、互いに立体形状の異なる複数個の治具を使用して、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面とのなす角度を、前記複数回の計測毎に互いに相違させることにより、前記並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、線形独立の状態となるようにした上で、前記複数回の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記並進加速度ベクトルに対する前記センサの感度マトリックスを求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。 By causing a plurality of flying objects to collide with one end face of a round bar, translational acceleration generated in a direction perpendicular to the other end face is attached to the other end face of the round bar via a jig. measured by a sensor for detecting an acceleration sensitive axis of the shaft, when repeating this process several times, as the jig, using a plurality of jigs having different three-dimensional shapes, the other end face of the rod By making the angle between the mounting plane to the sensor and the mounting plane of the sensor different from each other for each of the plurality of measurements , a vector whose component is a direction cosine of the translational acceleration to the coordinate system of the sensor is linear. on which was formed to be independent of the state, before Symbol solving the multiple simultaneous linear equations based on the measurement results of, and obtains the sensitivity matrix of the sensor relative to the translational acceleration vector Characteristic measurement method of a sensor for detecting the speed. 丸棒の一方の端面に各計測毎に衝撃を加え、当該衝撃により前記丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記丸棒の他方の端面に、治具を介して取り付けた単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと、入力加速度計測装置とによって計測する際に、前記丸棒の他方の端面に垂直な方向に発生する並進衝撃加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、各計測間で線形独立の状態になるように、前記治具として、互いに立体形状の異なる複数個の治具を使用して、前記丸棒の他方の端面への治具の取り付け平面と前記治具のセンサの取り付け平面のなす角度を各計測毎に相違させて実行し、前記各計測によって得られる前記センサ及び前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。 An impact is applied to one end face of the round bar for each measurement, and the movement of the end face caused by reflection of an elastic wave pulse generated inside the round bar by the impact at the other end face of the round bar The other end face of the round bar when measured by a sensor that has a single-axis or multi-axis sensitivity axis attached to the other end face of the bar with a jig and detects acceleration and an input acceleration measuring device As the jig , the three-dimensional shapes are different from each other so that a vector whose component is a direction cosine of the translational impact acceleration generated in the direction perpendicular to the sensor is in a linearly independent state between each measurement. Using a plurality of jigs, the angle formed between the mounting plane of the jig on the other end face of the round bar and the mounting plane of the sensor of the jig is different for each measurement, and each measurement is performed. The sensor obtained by By solving the simultaneous linear equations based on the measurement result of the degree measuring apparatus, characteristic measurement method of a sensor for detecting an acceleration and obtains the sensitivity matrix of the sensor. 請求項2において、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも1つのひずみゲージであり、
前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、級数に展開された解析解であるスカラクの解の少なくとも1次の項を用いることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 2,
The input acceleration measuring device is at least one strain gauge attached to a side surface of the round bar,
When obtaining a transient strain signal of an elastic wave pulse incident on the other end face of the round bar from the strain gauge output signal, using at least a first-order term of a Scalak solution that is an analytical solution developed in a series. A characteristic measurement method for a sensor that detects a characteristic acceleration.
請求項2において、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に軸方向に貼り付けた複数のひずみゲージであり、
前記複数のひずみゲージ出力に対して、前記軸方向の貼りつけ位置の相違による波形の違いを、各ひずみゲージ出力の加算平均を求めることにより一点での波形に変換し、加算してノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 2,
The input acceleration measuring device is a plurality of strain gauges attached to the side surface of the round bar in the axial direction,
For the multiple strain gauge outputs, the difference in waveform due to the difference in the pasting position in the axial direction is converted to a single waveform by calculating the average of each strain gauge output and added to reduce noise. A method for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized by performing signal processing.
各計測ごとに、互いに独立した2つ以上の飛翔体であって、その先端と丸棒の一方の端面との距離が相違する飛翔体を高圧気体によって同時に駆動し飛翔させて、前記丸棒の一方の端面に微小時間差をもって順次衝突させることによって、前記丸棒の一方の端面に各計測毎に垂直方向の衝撃を加え、当該衝撃により前記丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記他方の端面に治具を介して取り付けた、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと、入力加速度計測装置とによって計測する際に、前記丸棒の他方の端面に発生する並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが各計測間で線形独立の状態になるように、前記治具として、互いに立体形状の異なる複数個の治具を使用して、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面のなす角度を各計測毎に相違させて実行し、前記各計測によって得られる前記センサおよび前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。 For each measurement, two or more flying objects that are independent from each other, the flying objects having different distances between the tip and one end surface of the round bar are simultaneously driven by the high-pressure gas to fly, and the round bar By sequentially colliding with one end face with a slight time difference, an impact in the vertical direction is applied to one end face of the round bar for each measurement, and an elastic wave pulse generated inside the round bar due to the impact is applied to the round bar. A sensor having a single-axis or multi-axis sensitivity axis that detects the movement of the end face generated by reflection on the other end face via a jig, and detects the acceleration, and an input acceleration measuring device when measured by the, as a vector to a direction cosine components of the coordinate system of the sensor translational acceleration generated in the other end face of the rod is linearly independent states between each measurement, the jig As a tool, each other Using different a plurality of jigs of the body shape, the other angle of the mounting plane of the mounting plane the sensor to the end face of the rod and run by different for each measurement, obtained by the respective measurement An acceleration detection sensor characteristic measurement method comprising: solving a simultaneous linear equation based on a measurement result of the sensor and the input acceleration measurement device to obtain a sensitivity matrix of the sensor. 請求項5において、
前記2つ以上の飛翔体は、高圧気体の圧力を直接受けて発射管内を移動可能な受圧体に分離可能に支持され、当該支持状態において飛翔方向上の先端位置が異なっていることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 5,
The two or more flying bodies are separably supported by a pressure receiving body that can directly receive the pressure of a high-pressure gas and move within the launch tube, and the tip positions in the flying direction are different in the supported state. A characteristic measurement method for a sensor that detects acceleration.
請求項6において、
前記2つ以上の飛翔体は、前記受圧体の中心軸上に位置する第1の飛翔体と、当該第1の飛翔体の外側であって当該第1の飛翔体と同軸上に位置する少なくとも1つの第2の飛翔体とを有することを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 6,
The two or more flying bodies include a first flying body located on a central axis of the pressure receiving body and at least an outer side of the first flying body and coaxial with the first flying body. A sensor characteristic measuring method for detecting acceleration, comprising: a second flying object.
請求項6または7において、
前記第1および第2の飛翔体のいずれか1つが前記受圧体と一体であることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 6 or 7,
One of the said 1st and 2nd flying bodies is integral with the said pressure receiving body, The characteristic measuring method of the sensor which detects the acceleration characterized by the above-mentioned.
請求項5乃至8のいずれかにおいて、
前記2つ以上の飛翔体の少なくとも1つは、その衝突端部の材質がそれ以外の部分の材質と異なっていることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any of claims 5 to 8,
At least one of the two or more flying objects is characterized in that the material of the collision end portion is different from the material of the other portions, and a method for measuring the characteristics of a sensor for detecting acceleration.
請求項5乃至9のいずれかにおいて、
前記2つ以上の飛翔体の各々は、少なくともその一部の材質が他の飛翔体の材質と異なっていることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any one of Claims 5 thru | or 9,
Each of the two or more projectiles is characterized in that at least a part of the material is different from the material of other projectiles, and a sensor characteristic measuring method for detecting acceleration.
請求項5乃至10のいずれかにおいて、
前記丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、当該金属球に前記衝撃を加えることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any of claims 5 to 10,
A method for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized in that a metal sphere is brought into contact with and fixed to one end face of the round bar and the impact is applied to the metal sphere.
請求項5乃至11のいずれかにおいて、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも1つのひずみゲージであることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any of claims 5 to 11,
The input acceleration measuring device is at least one strain gauge affixed to a side surface of the round bar, and is a sensor characteristic measuring method for detecting acceleration.
請求項12において、
前記ひずみゲージを前記丸棒の軸方向に複数個貼りつけ、各ひずみゲージ出力に対して、前記軸方向の当該ひずみゲージの貼りつけ位置の相違による波形の違いを、弾性波伝ぱ理論すなわちスカラクの解に基づいて代表位置での弾性波形に変換し、変換された当該ひずみゲージ出力波形を加算・平均してノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 12,
A plurality of strain gauges are affixed in the axial direction of the round bar, and for each strain gage output, the difference in waveform due to the difference in the affixing position of the strain gage in the axial direction is expressed by elastic wave propagation theory, A method for measuring the characteristics of a sensor for detecting acceleration, comprising: converting to an elastic waveform at a representative position based on a solution, and performing signal processing to reduce noise by adding and averaging the converted strain gauge output waveforms .
請求項12または13において、
前記ひずみゲージの出力信号と、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果である入射弾性波パルスのひずみに基づいて、ひずみゲージの代表位置におけるひずみのラプラス変換を、センサ取り付け端面への入射弾性波パルスのひずみのラプラス変換で除すことにより補正関数を求めるとともに、該補正関数を、前記ひずみゲージ出力のひずみで求めた、前記加速度を検出するセンサの周波数特性に乗算することによって該センサの伝達関数を求め、前記センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 12 or 13,
Based on the strain gauge output signal and the strain of the incident elastic wave pulse, which is the measurement result of the laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar, the Laplace transform of the strain at the representative position of the strain gauge is performed. , Rutotomoni obtain a correction function by dividing the Laplace transform of strain of the incident acoustic wave pulses to the sensor mounting end surface, the correction function was determined by strain of the strain gauge output, the frequency of the sensor for detecting the acceleration The transfer function of the sensor is obtained by multiplying the characteristics, and the distortion of the elastic wave pulse incident on the end face of the round bar to which the sensor is attached, which is necessary for obtaining the input acceleration applied to the sensor, is obtained. A sensor characteristic measurement method for detecting acceleration.
請求項14において、
前記弾性波パルスのひずみを求める際に、前記ひずみゲージの出力信号を、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果を用いて導いた補正関数で除することにより補正し、前記治具における前記センサの取り付け面の運動を直接計測する別のレーザ干渉計の計測結果と前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果の両方を用いて、前記方向余弦を補正することを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In claim 14,
When determining the strain of the elastic wave pulse, the output signal of the strain gauge is divided by a correction function derived using the measurement result of a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar. Correct and use both the measurement result of another laser interferometer that directly measures the movement of the mounting surface of the sensor in the jig and the measurement result of the laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar A method for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, wherein the direction cosine is corrected.
請求項12、13のいずれかにおいて、
前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、級数に展開された解析解であるスカラクの解の少なくとも1次の項を用いることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any one of Claims 12 and 13,
When obtaining a transient strain signal of an elastic wave pulse incident on the other end face of the round bar from the strain gauge output signal, using at least a first-order term of a Scalak solution that is an analytical solution developed in a series. A characteristic measurement method for a sensor that detects a characteristic acceleration.
請求項5乃至11のいずれかにおいて、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計であることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any of claims 5 to 11,
The input acceleration measuring device is a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar, and is a sensor characteristic measuring method for detecting acceleration.
請求項5乃至17のいずれかにおいて、
前記センサの特性を求める際に、前記センサに印加する衝撃加速度信号の周波数帯域幅を制御することによって、当該衝撃加速度信号の周波数帯域の関数として求められる前記センサのピーク感度値を上昇させた後、実際に加速度計測に用いることができる入力衝撃加速度の信号周波数帯域幅とピーク感度を求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測方法。
In any of claims 5 to 17,
When determining the characteristics of the sensor, by controlling the frequency bandwidth of the impact acceleration signal applied to the sensor, the peak sensitivity value of the sensor obtained as a function of the frequency bandwidth of the impact acceleration signal is increased. A method for measuring the characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized by obtaining a signal frequency bandwidth and peak sensitivity of an input impact acceleration that can be actually used for acceleration measurement.
単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと、
前記センサを取り付ける治具であって、複数の飛翔体を丸棒の一方の端面に衝突させることにより、該丸棒の他方の端面に並進加速度を印加する計測を複数回繰り返して実施する際、計測各回毎に決まる前記並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、線形独立の状態になるように、前記センサの前記丸棒の他方の面への取り付け平面のなす角度が異なるよう、互いに立体形状の異なる複数の治具と、
前記治具毎に前記計測を実行して得られた各計測結果に基づいて連立一次方程式を解いて、前記並進加速度ベクトルに対する前記センサの感度マトリックスを求める演算手段とを具えたことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
A sensor having a single-axis or multi-axis sensitivity axis to detect acceleration;
A jig for attaching the sensor, when a plurality of flying objects collide with one end face of the round bar, and repeatedly performing the measurement of applying translational acceleration to the other end face of the round bar , The translation plane determined for each measurement is formed of a plane that is attached to the other surface of the round bar of the sensor so that a vector whose component is a direction cosine of the translation acceleration to the coordinate system of the sensor is linearly independent. angles different, and a plurality pieces of jigs having different three-dimensional shapes,
Computation means for solving a simultaneous linear equation based on each measurement result obtained by executing the measurement for each jig and obtaining a sensitivity matrix of the sensor with respect to the translational acceleration vector is provided. Sensor characteristic measurement device that detects acceleration.
丸棒の一方の端面に各計測毎に衝撃を加える手段と、前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、前記丸棒の他方の端面に前記センサを取り付ける複数個の治具であって、前記衝撃を加える手段によって前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により前記丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと前記入力加速度計測装置とによって計測し、これを複数回繰り返す際に、互いに立体形状の異なる複数個の治具であって、前記丸棒の他方の端面に発生する並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトル各計測間で線形独立の状態になるよう、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面とのなす角度が異なる治具と、前記各計測を実行して得られる前記センサおよび前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求める演算手段とを具えたことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。 Means for applying an impact to one end face of the round bar for each measurement; an input acceleration measuring device for measuring the movement of the other end face of the round bar; and a plurality of sensors for attaching the sensor to the other end face of the round bar. A jig generated by reflection of an elastic wave pulse generated inside the round bar by the impact applied to one end face of the round bar by the means for applying the impact on the other end face of the round bar; the movement of the end face, measured by the sensor and the input acceleration measuring device for detecting acceleration having a sensitive axis of the single or multi-axis, when repeating this process several times, a plurality of jigs having different three-dimensional shapes a is, as the vector to the direction cosine components of the coordinate system of the sensor translational acceleration generated in the other end face of the rod is linearly independent states between each measurement, the other of said rod Mounting plane to the end face And the angle is different jig with mounting plane of the serial sensor, wherein solving the system of linear equations based on the measurement result of each measurement of the sensor and the input acceleration measuring device is obtained by executing, the sensitivity matrix of the sensor An apparatus for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized by comprising a calculating means for obtaining. 請求項20において、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも1つのひずみゲージであり、
前記演算手段は、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、級数に展開された解析解であるスカラクの解の少なくとも1次の項を用いることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 20,
The input acceleration measuring device is at least one strain gauge attached to a side surface of the round bar,
The calculation means obtains a transient strain signal of an elastic wave pulse incident on the other end face of the round bar from the strain gauge output signal, and at least a first-order solution of the Scalak solution that is an analytical solution developed in a series. A sensor characteristic measuring apparatus for detecting acceleration, characterized by using a term.
請求項20において、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に軸方向に貼り付けた複数のひずみゲージであり、
前記演算手段は、前記複数のひずみゲージ出力に対して、前記軸方向の貼りつけ位置の相違による波形の違いを、各ひずみゲージ出力の加算平均を求めることにより一点での波形に変換し、ノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 20,
The input acceleration measuring device is a plurality of strain gauges attached to the side surface of the round bar in the axial direction,
The arithmetic means converts the difference in waveform due to the difference in the axial attachment position with respect to the plurality of strain gauge outputs into a waveform at a single point by calculating an average of each strain gauge output, and noise. A device for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized by performing signal processing for reducing noise.
互いに独立した2つ以上の飛翔体であって、その先端と丸棒の一方の端面との距離が相違する飛翔体を高圧気体によって同時に駆動し飛翔させて、前記丸棒の一方の端面に微小時間差をもって順次衝突させることによって前記丸棒の一方の端面に衝撃を加える手段と、前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、前記衝撃を加える手段によって前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により丸棒内部に発生する弾性波パルスの前記丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、単軸または多軸の感度軸を有し加速度を検出するセンサと前記入力加速度計測装置とによって複数回計測する際に、前記丸棒の他方の端面に発生する並進加速度の前記センサの座標系への方向余弦を成分とするベクトルが、各計測間で線形独立の状態になるように、前記丸棒の他方の端面に前記センサを取り付ける複数個の治具であって、前記丸棒の他方の端面への取り付け平面と前記センサの取り付け平面とのなす角度が異なるよう、互いに立体形状の異なる治具と、前記各計測を実行して得られる前記センサおよび前記入力加速度計測装置の計測結果に基づく連立一次方程式を解いて、前記センサの感度マトリックスを求める演算手段とを具えたことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。 Two or more flying objects that are independent of each other and having different distances between the tip and one end face of the round bar are simultaneously driven by the high-pressure gas to fly, and the one end face of the round bar is minutely moved. Means for applying an impact to one end face of the round bar by sequentially colliding with a time difference; an input acceleration measuring device for measuring the movement of the other end face of the round bar; and one of the round bars by the means for applying the impact. The movement of the end face caused by the reflection of the elastic wave pulse generated inside the round bar by the impact applied to the end face of the round bar on the other end face of the round bar When measuring multiple times by the sensor to be detected and the input acceleration measuring device, a vector whose component is a direction cosine of the translational acceleration generated on the other end face of the round bar to the coordinate system of the sensor is So that the linearly independent states, a plurality of jig mounting the sensor on the other end surface of the rod, formed by the attachment plane and the mounting plane of the sensor to the other end surface of the rod The sensitivity matrix of the sensor is obtained by solving simultaneous linear equations based on the measurement results of the jig and the input acceleration measuring device obtained by executing the respective measurements with jigs having different three-dimensional shapes so that the angles are different from each other. An apparatus for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized by comprising an arithmetic means. 請求項23において、
前記2つ以上の飛翔体は、高圧気体の圧力を直接受けて発射管内を移動可能な受圧体に分離可能に支持され、当該支持状態において飛翔方向上の先端位置が異なっていることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 23,
The two or more flying bodies are separably supported by a pressure receiving body that can directly receive the pressure of a high-pressure gas and move within the launch tube, and the tip positions in the flying direction are different in the supported state. Sensor characteristic measuring device that detects acceleration.
請求項24において、
前記2つ以上の飛翔体は、前記受圧体の中心軸上に位置する第1の飛翔体と、当該第1の飛翔体の外側であって当該第1の飛翔体と同軸上に位置する少なくとも1つの第2の飛翔体とを有することを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 24,
The two or more flying bodies include a first flying body located on a central axis of the pressure receiving body and at least an outer side of the first flying body and coaxial with the first flying body. A sensor characteristic measuring apparatus for detecting acceleration, characterized by having one second flying object.
請求項24または25において、
前記第1および第2の飛翔体のいずれか1つが前記受圧体と一体であることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 24 or 25,
A sensor characteristic measuring apparatus for detecting acceleration, wherein any one of the first and second flying bodies is integral with the pressure receiving body.
請求項23乃至26のいずれかにおいて、
前記2つ以上の飛翔体の少なくとも1つは、その衝突端部の材質がそれ以外の部分の材質と異なっていることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
A device according to any of claims 23 to 26.
At least one of the two or more flying objects is a sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, characterized in that the material of the collision end is different from the material of the other parts.
請求項23乃至27のいずれかにおいて、
前記2つ以上の飛翔体の各々は、少なくともその一部の材質が他の飛翔体の材質と異なっていることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
A device according to any of claims 23 to 27.
Each of the two or more flying objects is a sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, characterized in that at least a part of the material is different from the material of another flying object.
請求項23乃至28のいずれかにおいて、
前記丸棒の一方の端面に接触させて固定した金属球をさらに有し、当該金属球に前記衝撃を加えることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
A device according to any one of claims 23 to 28.
A sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, further comprising a metal sphere fixed in contact with one end face of the round bar and applying the impact to the metal sphere.
請求項23乃至29のいずれかにおいて、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも1つのひずみゲージであることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
30.
The input acceleration measuring device is at least one strain gauge affixed to a side surface of the round bar, and is a sensor characteristic measuring device for detecting acceleration.
請求項30において、
前記ひずみゲージを前記丸棒の軸方向に複数個貼りつけ、前記演算手段は、前記各ひずみゲージ出力に対して、前記軸方向の当該ひずみゲージの貼りつけ位置の相違による波形の違いを、弾性波伝ぱ理論すなわちスカラクの解に基づいて代表位置での弾性波形に変換し、変換された当該ひずみゲージ出力波形を加算・平均してノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 30,
A plurality of strain gauges are affixed in the axial direction of the round bar, and the arithmetic means elastically changes a waveform difference due to a difference in affixing position of the strain gauge in the axial direction with respect to each strain gauge output. Based on wave propagation theory, that is, Scalak's solution, it is converted to an elastic waveform at the representative position, and the converted strain gauge output waveform is added and averaged to perform signal processing that reduces noise and detects acceleration Sensor characteristic measurement device.
請求項30または31において、
前記演算手段は、前記ひずみゲージの出力信号と、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果である入射弾性波パルスのひずみに基づいて、前記ひずみゲージの代表位置におけるひずみのラプラス変換を、センサ取り付け端面への入射弾性波パルスのひずみのラプラス変換で除すことにより補正関数を求めるとともに、該補正関数を、前記ひずみゲージ出力のひずみで求めた、前記加速度を検出するセンサの周波数特性に乗算することによって前記加速度検出センサの伝達関数を求め、前記センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 30 or 31,
The calculation means is based on the strain gauge output signal and the strain of the incident elastic wave pulse, which is a measurement result of a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar. Is obtained by dividing the Laplace transform of strain in the Laplace transform of the strain of the incident elastic wave pulse on the sensor mounting end surface, and the correction function is obtained by the strain of the strain gauge output. An elastic wave pulse incident on the end face of the round bar to which the sensor is attached, which is necessary for obtaining the transfer function of the acceleration detection sensor by multiplying the frequency characteristic of the sensor to be detected and obtaining the input acceleration applied to the sensor. An apparatus for measuring characteristics of a sensor for detecting acceleration, characterized by obtaining a strain of the sensor.
請求項32において、
前記弾性波パルスのひずみを求める際に、前記ひずみゲージの出力信号を、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果を用いて導いた補正関数で除することにより補正し、前記治具における前記センサの取り付け面の運動を直接計測する別のレーザ干渉計の計測結果と前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果の両方を用いて、前記方向余弦を補正することを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In claim 32,
When determining the strain of the elastic wave pulse, the output signal of the strain gauge is divided by a correction function derived using the measurement result of a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar. Correct and use both the measurement result of another laser interferometer that directly measures the movement of the mounting surface of the sensor in the jig and the measurement result of the laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar A sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, wherein the direction cosine is corrected.
請求項30、31のいずれかにおいて、
前記演算手段は、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、級数に展開された解析解であるスカラクの少なくとも1次の項を用いることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In any one of Claim 30, 31.
The arithmetic means obtains at least a first-order term of scrack as an analytical solution developed in a series when obtaining a transient strain signal of an elastic wave pulse incident on the other end face of the round bar from the strain gauge output signal. A sensor characteristic measuring apparatus for detecting an acceleration characterized by being used.
請求項23乃至29のいずれかにおいて、
前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計であることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
30.
The input acceleration measuring apparatus is a laser interferometer that directly measures the movement of the other end face of the round bar, and is a sensor characteristic measuring apparatus for detecting acceleration.
請求項23乃至35のいずれかにおいて、
前記演算手段は、前記加速度センサの校正を行う際に、前記センサに印加する衝撃加速度信号の周波数帯域幅を制御することによって、当該衝撃加速度信号の周波数帯域の関数として求められる前記センサのピーク感度値を上昇させた後、実際に加速度計測に用いることができる入力衝撃加速度の信号周波数帯域幅とピーク感度を求めることを特徴とする加速度を検出するセンサの特性計測装置。
In any of claims 23 to 35
When the acceleration sensor is calibrated, the arithmetic means controls the frequency bandwidth of the impact acceleration signal applied to the sensor, thereby obtaining the peak sensitivity of the sensor as a function of the frequency bandwidth of the impact acceleration signal. A sensor characteristic measuring device for detecting acceleration, characterized by obtaining a signal frequency bandwidth and peak sensitivity of an input impact acceleration that can be actually used for acceleration measurement after increasing the value.
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