JPH06135395A - 微小重力環境用振動検出低減装置及び微小重力振動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小重力環境において、メテオロイド／デブ
リの衝突等に原因する振動の位置・程度の検知・把握及
び対応策の設定を可能とする。 【構成】 微小重力環境にある振動体１にマトリクス状
に振動センサ２を配置し、振動データを収集し、コンピ
ュータ５に供給する。コンピュータ５は振動のスペクト
ルを分析し、ニューラルネット部で分析されたスペクト
ルに基づいて振動源を特定し、ファジィ制御部で有害振
動を低減するようにアクチュエータ６を駆動し、振動を
低減する。コンピュータ５はアクチュエータ６を駆動し
た結果を取り込み、この結果をニューラルネット部及び
ファジィ制御部で学習し、次回の振動発生時に備える。
振動センサ２は、微小重力空間に浮遊配置された反射体
と、反射体にエネルギーを照射する出力器と、反射エネ
ルギーを受信し、反射エネルギーの動きから振動体の振
動の性質を測定する受信器を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は宇宙ステーション、人
工衛星、宇宙航行機、微小重力環境システム等の微小重
力環境において使用される機器の微小重力環境を破壊す
る要因を把握し、対応策を設定する技術、例えばメテオ
ロイド（流星体、 meteoroid）やデブリ（debris）等の
物体との衝突、衝突位置や衝突の程度を検出し、対応策
を設定する微小重力環境用振動検出低減装置に関する。
又、この発明は微小重力環境において使用される機器の
振動を測定する微小重力振動センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、宇宙ステーション、スペースシャ
トル等の宇宙ミッションを用いて各種の実験や通信サー
ビスが提供されている。この宇宙ミッションの最重要課
題の１つとして、微小重力（μ−Ｇ：例えば、１×１０
⁵ Ｇ以下）環境の確保があげられる。

【０００３】しかし、このような微小重力環境は種々の
原因で発生する振動等により破壊される。例えば、宇宙
ステーションへのメテオロイドやデブリの衝突により、
簡単に破壊されてしまう。又、このようなメテオロイド
やデブリによる衝突等における、振動エネルギー、振動
数、振幅等、任意の振動を正確に検知するセンサは存在
しない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この微小重力環境を保
持するためには、微小重力環境を破壊する振動の要因を
把握し、振動を低減するような対応策を取ることが望ま
しい。しかし、従来は、これらの処置は取られていな
い。又、宇宙ステーション等の複雑なシステムの集合体
では、振動の発生源の把握、例えばメテオロイドやデブ
リの衝突、衝突位置、衝突の程度、衝突による振動エネ
ルギー、振動数、振幅等を正確に検出することは困難で
ある。

【０００５】更に、μ−Ｇ環境下での各種振動を把握す
る手法はいまだ確立されていないのが実情である。例え
ば、従来の振動（加速度）センサは、スプリング及びダ
ンパー等の固有のダンピング特性を持つ物質により支持
される振動子の動きを計測することにより、振動（加速
度）を計測する。しかし、このようなセンサは検知振動
の周波数等に制限を持つと共に微小重力環境では正確に
振動を検出できないという問題がある。

【０００６】又、この種の問題は、地上或いは航空機等
に設けられた微小重力環境システムにおいても同様であ
る。この発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微小
重力環境を破壊する要因を把握し、対応策の設定を可能
とする微小重力環境用振動検出低減装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】又、この発明は微小重力環境下での振動、
例えば宇宙ステーション等への物体の衝突、衝突位置、
衝突の程度等を正確に検出し得る微小重力振動センサを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る微小重力
環境用振動検出低減装置は、微小重力環境下に置かれた
振動体（宇宙ステーション等）にライン状、マトリクス
状等に配置された複数の振動センサと、前記振動センサ
により検出された振動データを収集し、振動スペクトル
を分析する分析手段と、前記分析手段により分析された
振動スペクトルに基づいて振動源を特定するニューラル
ネットワーク部と、前記振動体に配置されたアクチュエ
ータと、前記振動センサにより検出された振動のエネル
ギーと前記ニューラルネット部により特定された振動源
に応じて、有害振動を低減するように前記アクチュエー
タを駆動制御し、及び／又は、振動要因を削除するファ
ジィ制御部とを具備することを特徴とする。

【０００９】又、この発明に係る第１の微小重力振動セ
ンサは、微小重力環境下での振動を測定する振動センサ
であって、微小重力空間（周囲は真空、又は任意のガ
ス）に浮遊して配置され、レーザ光、各周波数の光、電
磁波、音波等の所定のエネルギーを既知の特性により反
射する任意面体（１面〜∞面（＝球））の反射体と、振
動体（宇宙ステーション構造物等）に固定され、前記反
射体に向けて前記所定のエネルギーを照射する出力手段
と、前記振動体に固定され、前記反射体からの反射エネ
ルギーを受信し、前記反射エネルギーの動きから前記振
動体の振動の性質（加速度、振幅、周波数等）を測定す
る受信手段とを具備することを特徴とする。

【００１０】又、この発明に係る第２の微小重力振動セ
ンサは、微小重力環境下での振動を検出する振動センサ
であって、微小重力空間に浮遊して配設され、その特性
が既知の透過屈折体と、この透過屈折体の一方の側に配
設され、振動の被検体である構造体に固定され、光線を
照射する照射手段と、この照射手段に対向して前記透過
屈折体の他方側に配設され、前記構造体に固定され、前
記照射手段が照射した光線を前記透過屈折体を介して受
光する受光手段とを具備することを特徴とする。但し、
透過屈折体とは、レンズやプリズムを含む。

【００１１】更に、前記第１及び第２の微小重力振動セ
ンサは、前記反射体又は前記透過屈折体を微小重力空間
に静止させる静止手段を具備することを特徴とする。
又、この発明に係る第３の微小重力振動センサは、微小
重力空間に位置し、所定の信号応答特性を有する信号応
答手段と、前記信号応答手段に所定の信号を出力する信
号出力手段と、前記信号応答手段の応答信号に基づいて
前記被検体の定常運動を検出する手段と、検出された被
検体の定常運動に基づき、前記信号応答手段を所定範囲
の微小重力空間に保持する手段と、前記信号応答手段の
応答信号と検出された定常運動から被検体の異常運動を
検出する手段とを具備することを特徴とする。

【００１２】更にこの発明は、オペレータによる固定指
示に応じて前記信号応答手段を前記被検体に固定し、解
除指示に応じて前記固定を解除し、前記信号応答手段を
前記微小重力空間に浮遊配置する手段を具備することを
特徴とする。

【００１３】

【作用】前記構成の微小重力環境用振動検知装置によれ
ば、装置自身が、振動データを集積し、判断することに
より、最適な振動を低減するようなアクチュエータの駆
動、又は要因（振動発生源：モータ、ポンプ、メテオロ
イド／デブリの衝突等）の分析（停止）、低減（回転数
を下げる等）を行なうことができる。例えば、メテオロ
イドやデブリの衝突、衝突位置、衝突の程度等を検出で
き、衝突により発生した振動を低減するようなアクチュ
エータの駆動を行なうことができる。

【００１４】又、制御結果を再び取り込み、ニューラル
ネットワーク部及びファジィ制御部で学習し、次回の衝
突時に備えることにより、分析能力を含むその性能を独
自に向上できる。

【００１５】前記構成の第１の微小重力振動センサは、
任意面体の反射体を無重力環境に浮かせた無振動状態と
する。そして、出力手段がこの反射体にエネルギーを照
射する。出力手段と受信手段は振動体と共に振動する
が、反射体は振動しない。従って、受信手段により、エ
ネルギーの振れを測定することにより、微小の加速度／
振幅／重力等を検知できる。反射体は無支持の為、検知
振動の性質（加速度、振幅、周波数等）の測定範囲に制
限を受けない。

【００１６】又、前記構成の第２の微小重力振動センサ
は、照射手段と受光手段は構造体に固定されているた
め、構造体が振動する場合、構造体と共に振動するが、
透過屈折体は微小重力空間に浮遊しているために振動し
ない。

【００１７】前記照射手段により照射される光線は透過
屈折体に入射し、この透過屈折体の有する曲面形状、多
面体形状、又は平面と曲面を組み合わせた形状等に応じ
て屈折・収束して透過し、受光手段により受光される。
前記構造体が振動している場合、前述したように透過屈
折体は静止しているため、受光手段の受光面における受
光位置は、構造体の振動と透過屈折体の特性に対応した
状態で前記構造体が静止している場合の受光位置から変
位する。

【００１８】前記受光手段の受光面における光線の受光
位置はコンピュータに入力される。このコンピュータ
は、既知である透過屈折体の形状等により定まる特性を
用い、光線の受光位置から構造体の振動の加速度、振
幅、周波数等を算出し、出力する。これにより、微小重
力環境下において、構造体の微小な振動をも検出するこ
とができる。

【００１９】尚、アクティブ制御による静止手段は、前
述した反射体や透過屈折体を無重力空間に静止させる。
これにより、反射体や透過屈折体を反射又は透過し、受
信手段又は受光手段により受信／受光されるエネルギー
や光線の受信位置／受光位置の変位範囲を所定の範囲内
に抑えることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。この発明の一実施例に係る宇宙ステーションを
図１に示す。図１に示されるように宇宙ステーション１
の機体の外周面及び船内には、所定の間隔でマトリック
ス状に多数の振動センサ（３次元加速度センサ）２が貼
着されている。

【００２１】各振動センサ２は、メテオロイドの衝突等
の要因により生起される宇宙ステーション１の機体の振
動を検知するもので、検出した振動のデータは同軸ケー
ブル、ツイストケーブル若しくは光ファイバー等からな
る伝送路３を介して、ＤＩＵ（Data Interface Unit ）
サンプリングユニット４に集められ、このＤＩＵサンプ
リングユニット４を介してコンピュータ５に供給され
る。

【００２２】コンピュータ５は、各振動センサ２が送出
するデータに基づき、微小重力（μ−Ｇ）の破壊の程
度、要因を検出する。更に、コンピュータ５は検出され
た振動を相殺するために、機体に設けられたアクチュエ
ータ６を選定し、駆動する。必要に応じて、コンピュー
タ５は要因（振動発生源）の削除或いは要因の低減も行
なう。コンピュータ５はアクチュエータ６を駆動した結
果及び要因の削除又は低減の結果を振動センサ２からの
連続的な振動検知により把握する。

【００２３】コンピュータ５による一連のシステム解析
のフローを図２に示す。図２のブロック（ａ）にて、各
種規準、例えば、図４に示すＮＡＳＡ（米国航空宇宙
局）の規定に基づいて、振動の初期閾値を振動センサ２
毎に設定する。

【００２４】次に、ブロック（ｃ）に示すクルーの作
業、各種モータの駆動、スペースシャトルの接合、メテ
オロイドやデブリの衝突等の有害振動発生要因により生
じる振動を、振動センサ２で検知し、スペクトル分布を
求める。次に、作成されたスペクトル分布と初期閾値を
ブロック（ｂ）に示されるように重ね合わせ、合成デー
タを得る。

【００２５】ブロック（ｂ）で生成された合成データ
は、ブロック（ｄ）で示すメモリに蓄える。ブロック
（ｅ）は検出した振動スペクトルと初期閾値を比較する
等して振動の主要因を抽出する。具体的には、合成デー
タのうち、突出部のスペクトルを検出し、各スペクトル
を有する振動の主要因を特定する。このブロック（ｅ）
は、ソフトウエア的に構成されたニューラルネットワー
クにより構成される。

【００２６】ブロック（ｅ）で求められた主要因による
振動を低減する為、ブロック（ｆ）にて、有害振動を相
殺するために有効なアクチュエータ６の選択及び選択さ
れたアクチュエータ６の制御量を算出する。又、アクチ
ュエータ６の駆動のみでは有害振動を所定レベル以下に
低減できない場合、要因となっているクルーの運動や機
器の運転を調整する指令を出す。

【００２７】ブロック（ｆ）での算出に基づいて、ブロ
ック（ｇ）がアクチュエータの選択、制御量の調整、有
害振動の要因となっている機器の運転制御の指令、要因
となっているクルーの運動や機器の運転を調整する指令
を出力する。このブロック（ｇ）はファジーロジックに
より構築される。

【００２８】ブロック（ｇ）の指令に基づいて、ブロッ
ク（ｈ）にて実際にアクチュエータ６に制御信号を送
り、アクチュエータ６を制御する。又、ブロック（ｇ）
は、ミッション・スケジュールデータを元にフィードフ
ォワード制御で、予定されたスケジュールに従って発生
すると予想される振動を減少するように、アクチュエー
タ６を選択して制御する。又、必要な警報を出力する。

【００２９】これらの一連の制御の結果は、ブロック
（ｆ）及びブロック（ｇ）に相当するソフトウェアをも
う１度通して分析し、ブロック（ｄ）にデータとして蓄
積する。即ち、アクチュエータ６を駆動した後、再び機
体の振動を振動センサ２で検出し、振動要因を検出し、
有害振動を相殺するために有効なアクチュエータ６の選
択及び制御量を算出等を行い、更に、アクチュエータの
選択、制御量の調整、有害振動の要因となっている機器
の運転制御の指令等を出力し、これをブロック（ｄ）に
データとして保存する。

【００３０】ブロック（ｄ）に蓄積されたデータと、初
期閾値及び要因を比較することにより、次回各要因によ
り発生する有害振動に対し更に効果的な制御を行なう
様、ブロック（ｆ）で設定される補償動作（制御量等）
を再設定する。即ち、学習させる。又、メテオロイドや
デブリの衝突による振動については、特殊振動として分
類し、データとして蓄積すると共に宇宙ステーション、
スペースシャトルのクルー、又は、地上へ指令する。

【００３１】図３は、このシステムのソフトウェアのフ
ローと構成を示す。図３において、Ａ部はデータ入力部
分を示し、振動センサ２による振動データの検出及びミ
ッションスケジュール（スペースシャトルの運行予定、
ドッキングの等）、モータ等のシステム内の振動源の状
況を示すデータを入力し、チェック及び整理する。

【００３２】Ｂ部はニューラルネットワーク・ルーチン
であり、スペクトル解析、振動モード解析を行い、要因
の分類、閾値カーブの作成を行う。又、Ｂ部は後述する
Ｃ部よりフィードバックされたデータを検討し及び新し
い閾値カーブを作成（計算）し、そのデータを記憶装置
に記憶させる。

【００３３】Ｃ部は、ファジィ推論ルーチンであり、Ｂ
部のニューラルネットワーク部の要因分析及び閾値カー
ブに基づいて、警報又はアクチュエータの稼働の度合を
判断すると共にそのデータを保存する。更に、Ｃ部で
は、判断結果に基づいて、振動要因源の運転を調整し
（例えば、モータやポンプの回転を下げ）、及び／又
は、アクティブ制御用のアクチュエータの制御量を設定
し、更に、警報を発令する。又、Ｃ部では、Ａ部で入力
したミッション・スケジュールデータを元にフィードフ
ォワード制御で、予定されたスケジュールに従って発生
すると予想される振動を減少するように、アクチュエー
タ６等を制御する。

【００３４】このような構成によれば、ニューラルネッ
トワーク部及びファジィ部を構成するソフトウェアの学
習・予測機能により、このシステムの地上での開発時
に、検証できない宇宙環境についても、宇宙へ打ち上げ
後のデータ集積を経験値として、システムに応用でき、
システム性能が宇宙空間で向上する。又、地上又は航空
機等に設置された微小重力環境システムにおいても、微
小重力環境を破壊する有害振動の発生原因を特定し、低
減することができる。

【００３５】次に、前記実施例において使用される振動
センサの第１例の構成及び動作をを図５及び図６を用い
て具体的に説明する。この実施例にかかる振動セン２サ
は、任意面体（１面〜∞面（球）、但しこの実施例にお
いては６面体）の反射体１０と、反射体１０に光を照射
するレーザ照射器１１と、反射体１０で反射されたレー
ザ光を受光するレーザ受光器１２、更に、反射鏡１０を
保持するための支持機構１３から構成される。レーザ照
射器１１、レーザ受光器１２、及び支持機構１３は宇宙
ステーション１の機体に固定されている。

【００３６】図５は、反射鏡１０を支持機構１３にて固
定した状態を示す。尚、複数個以上のレーザ照射器１１
を設ける場合、照射するレーザ光の周波数、波長（色）
は、異なるように設定可能とし、受光器１２による読み
取りの誤りを無くす。

【００３７】図６は、この振動センサ２の微小重力環境
下での稼働状態を示す。支持機構１３は反射体１０を無
重量空間に浮かせた状態とする。この時、反射体１０の
周囲は真空でも、任意のガスでもよく、反射体１０は無
支持／無振動状態になる。

【００３８】但し、ガスを封入し、アクティブ制振（ス
ピーカー、マイク）機能等により、初期段階、又は継続
的、又は断続的に反射体１０を所定の範囲内に動かし或
いは振動を停止させるようにしてもよい。このように、
反射鏡１０のガス内固有振動又は回転による検知波のず
れを抑制しつつ、検出信号をフィルタにかけることによ
り、反射体１０の三次元位置制御を行いつつ振動を検出
することが可能である。尚、アクティブ制振等は、稼働
（使用）状態と不稼働状態を選択できるようにしてもよ
い。

【００３９】図６において、レーザ照射器１１により照
射されたレーザ光は反射体１０により反射され、レーザ
受光器１２に受光される。尚、照射器１１から反射鏡１
０を介して受光器１２に至るまでの間に他の反射鏡を一
枚以上設置し、光の経路を延長し、振動の検出能力を向
上させることもできる。レーザ受光器１２は受信光に基
づき、受信レーザの振動の振幅、周波数等を検知する。

【００４０】レーザ受信器１２により検知された振動デ
ータは、コンピュータ５に送信され、解析され、前述の
アクチュエータ６の制御等に使用される。次に、この実
施例における振動センサ２の第２例の構成及び動作を図
７及び図８を用いて説明する。この振動センサ２は、前
述したように、宇宙ステーション１等の構造体に所定の
間隔でマトリクス状に多数配設されている。そして、Ｄ
ＩＵサンプリングユニット４を介してコンピュータ５に
接続され、構造体の振動測定結果をコンピュータ５に送
る。

【００４１】図７（ａ）に示されるように、振動センサ
２の第２例は、レーザ照射器２１、このレーザ照射器２
１に対向するように設けられたレーザ受光器２２、この
レーザ受光器２２と前記レーザ照射器２１との間に設け
られ、所定の材質よりなる透過媒体、即ち、レンズ２０
ａ、及びこのレンズ２０ａを保持するための支持機構２
３とにより構成される。

【００４２】レーザ照射器２１、レーザ受光器２２、及
び支持機構２３は、構造体に固定され、レーザ受光器２
２には電荷結合素子（ＣＣＤ）等が適用される。又、レ
ンズ２０ａは所定の曲率を有する曲面形状のレンズであ
る。

【００４３】このような振動センサ２は、微小重力環境
において構造体の振動を測定する場合、レンズ２０ａを
支持する支持機構２３が外される。ここで、この振動セ
ンサ２の稼働状態を図７（ｂ）に示す。レンズ２０ａ
は、周囲の空間が微小重力空間であるため支持機構２３
が外されても空間に浮遊した状態となる。

【００４４】このような状態でレーザ照射器２１よりレ
ーザ光が照射された場合、レーザ光は、レンズ２０ａに
入射し、レンズ２０ａの曲面形状及び材質により決定さ
れる特性に応じて屈折・収束した後に透過する。レンズ
２０ａを透過したレーザ光は、レーザ受光器２２によっ
て受光される。レーザ受光器２２は、受光したレーザ光
に応じた受光データを出力する。この受光データは、前
記図１に示される伝送路３、即ち、同軸ケーブル、ツイ
ストケーブル、もしくは光フアィバー等を介してＤＩＵ
サンプリングユニット４に集められ、コンピュータ５に
送られる。

【００４５】振動センサ２の稼働状態において、前記構
造体が振動する場合、レーザ照射器２１は構造体と共に
振動する。しかし、レンズ２０ａは空間に浮遊し、静止
状態にあるため、レーザ受光器２２におけるレーザ光受
光位置は、構造体の振動とレンズ２０ａの形状等により
決定される特性に対応して変化する。

【００４６】レーザ受光器２２の受光面におけるレーザ
光の受光位置の変化は、図７（ｂ）に示されるようにＹ
軸方向の変位量をＹ1 、Ｚ軸方向の変位量をＺ1 、又Ｘ
軸方向の変位量をＸ1 とする。但し、Ｘ1 は受光面にお
ける像の面積の変量β−αを距離に換算して求められ
る。

【００４７】これらレーザ受光器２２によって測定され
た変位量Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 は、ＤＩＵサンプリングユニ
ット４を介してコンピュータ５に送られる。コンピュー
タ５は、これらの変位量Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 と既知である
レンズ２０ａの特性を用い、構造体の振動の加速度、振
幅、周波数等を求め、これを表示装置（図示せず）に表
示したり、アクチュエータ６を制御することにより振動
制御を実行する。

【００４８】前述した振動センサ２の第２例では、レー
ザ光を透過する媒体としてレンズ２０ａを用いて説明し
たがレンズ２０ａの代わりに任意面数を有する（任意面
体）プリズムを用いることもできる。レーザを透過する
媒体としてプリズムを用いた振動センサ２の第２例の稼
働状態を図８に示す。図８に示されるレーザ照射器２１
及びレーザ受光器２２は、前述したレンズ２０ａを用い
た時と同様に構造体に固定されている。又、図８には示
されていないが、不稼働時にはプリズム２０ｂは、支持
機構２３によって構造体に固定されている。

【００４９】振動センサ２の稼働時において、レーザ照
射器２１より照射されたレーザ光は、プリズム２０ｂに
入射し、プリズム２０ｂの任意面体形状及び材質により
決定される特性に応じて屈折・収束した後に透過してレ
ーザ受光器２２によって受光される。レーザ受光器２２
は、受光したレーザ光に応じた受光データを出力する。
この受光データは、前記図１に示される伝送路３を介し
てＤＩＵサンプリングユニット４に集められ、コンピュ
ータ５に送られる。

【００５０】振動センサ２の稼働状態において、前記構
造体が振動する場合、レーザ照射器２１は構造体と共に
振動する。しかし、プリズム２０ｂは空間に浮遊し、静
止状態にあるため、レーザ受光器２２におけるレーザ光
受光位置は、構造体の振動とプリズム２０ｂの面体形状
等により決定される特性に対応して変化する。

【００５１】レーザ受光器２２の受光面におけるレーザ
光の受光位置の変化は、図８に示されるようにＹ軸方向
の変位量をＹ1 、Ｚ軸方向の変位量をＺ1 、又Ｘ軸方向
の変位量をＸ1 とする。これらの変位量及び変位量の算
出方法は、前述したレンズ２０ａを用いた場合と同様で
ある。

【００５２】これらレーザ受光器２２によって測定され
た変位量Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 は、ＤＩＵサンプリングユニ
ット４を介してコンピュータ５に送られる。コンピュー
タ５は、これらの変位量Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 と既知である
プリズム２０ｂの特性を用い、構造体の振動の加速度、
振幅、周波数等を求め、これを表示装置（図示せず）に
表示したり、アクチュエータ６を制御することにより振
動制御を実行する。

【００５３】このような微小重力振動センサにより、微
小重力環境下の構造体の微小な運動を検出することがで
きる。尚、この前述した振動センサ２の第２例は、レー
ザ光を用いた振動センサであるが、レーザ照射器２１及
びレーザ受光器２２を任意周波数の光、電磁波、又は音
波等を発信／受信する発信器及び受信器を用い、レンズ
２０ａ又はプリズム２０ｂを前述した波を屈折・収束さ
せ、透過するものを用いることにより、任意周波数の
光、電磁波、又は音波等を用いた振動センサとすること
も可能である。

【００５４】又、複数個以上のレーザ照射器を設ける場
合、照射するレーザ光の周波数、波長（色）を異なるよ
う設定可能とし、レーザ受光器２２の読み取り誤りを無
くすようにしても良い。

【００５５】又、ガスを封入し、アクティブ制振（スピ
ーカー、マイク）機能等により、初期段階、又は継続
的、又は断続的にレンズ２０ａ又はプリズム２０ｂを所
定の範囲内に動かし或いは振動を停止させるようにして
もよい。このように、レンズ２０ａ又はプリズム２０ｂ
のガス内固有振動又は回転による検知波のずれを抑制し
つつ、検出信号をフィルタにかけることにより、レンズ
２０ａ又はプリズム２０ｂの三次元位置制御を行いつつ
振動を検出することが可能である。ここで、アクティブ
制振等は、稼働（使用）状態と不稼働（不使用）状態を
選択できるようにしてもよい。

【００５６】更に、レーザ照射器２１からレンズ２０ａ
又はプリズム２０ｂを介してレーザ受光器２２に至るま
での間に他の反レンズ又はプリズムを任意数設置し、光
の経路を延長し、振動の検出能力を向上させることもで
きる。

【００５７】次に、この実施例における振動センサ２の
第３例の構成及び動作を図９〜図１１を用いて説明す
る。この振動センサ２の不稼働状態を図９に示す。振動
センサ２は、宇宙ステーション１に固定された筐体７内
に任意面体（１面〜∞面（球））の反射体３０と、この
反射体３０に光を照射するレーザ照射器３１と、反射体
３０で反射されたレーザ光を受光するレーザ受光器３
２、支持機構３３、支持機構駆動装置３４、支持機構駆
動コントローラ３５、レーザ照射器電源コントローラ３
６、レーザ受光データサンプリングユニット３７、ＣＰ
Ｕ（Central Processing Unit ）３８、メモリ３９、電
源及びパワーコントローラ４０、反射体制振用波動プロ
ジェクタ４１、反射体アクティブ制振用コントローラ４
２、データ伝送バス４３、コマンドバス４４、及び電源
バス４５を備える。

【００５８】レーザ受光器３２は反射体３０で反射され
たレーザ光を受光する。支持機構３３は反射体３０を保
持する。支持機構駆動装置３４は支持機構３３を駆動す
る。支持機構駆動コントローラ３５は支持機構駆動装置
３４を制御する。レーザ照射器電源コントローラ３６は
各レーザ照射器３１に供給する電力量、照射するレーザ
光の周波数等を制御する。レーザ受光データサンプリン
グユニット３７は、各レーザ照射器３１からのレーザ光
が反射体３０により反射され、レーザ受光器３２により
受光されたレーザ光に関するデータ（例えば、軌跡、速
度）等を処理（サンプリング）し、ＣＰＵ３８に結果デ
ータを送出する。ＣＰＵ３８はこのセンサ全体の制御を
司る。メモリ３９はＣＰＵ３８の動作プログラム等を記
憶すると共に作業領域として機能する。コマンドバス４
４はＣＰＵ３８に接続され、ＣＰＵ３８と宇宙ステーシ
ョン１のコンピュータ５との間でコマンドを転送する。
データ伝送バス４３はＣＰＵ３８に接続され、３次元加
速度、振幅、周期等のデータをＣＰＵ３８から宇宙ステ
ーション１のコンピュータ５ににＤＩＵ４を介して転送
する。

【００５９】電源及びパワーコントローラ４０は電源バ
ス４５を介して、宇宙ステーション１から供給される電
力を用いて、筐体７内の各部に電力を供給する。反射体
アクティブ制振用波動プロジェクタ４１は反射体アクテ
ィブ制振用コントローラ４２の制御の下、例えば、反射
体３０の振動と逆相の振動エネルギーを射出して反射体
３０の振動を減少したり、反射体３０を所定の範囲内に
動かしたりする。

【００６０】レーザ照射器３１、レーザ受光器３２、支
持機構３３、支持機構駆動装置３４、支持機構駆動コン
トローラ３５、レーザ照射器電源コントローラ３６、レ
ーザ受光データサンプリングユニット３７、ＣＰＵ３
８、メモリ３９、データ伝送バス４３、電源及びパワー
コントローラ４０、電源バス４５、反射体制振用波動プ
ロジェクタ４１、反射体アクティブ制御用コントローラ
４２は、筐体７に固定されている。一方、反射体３０は
支持機構３３により支持される。

【００６１】又、複数個以上のレーザ照射器３１を設け
る場合、照射するレーザ光の周波数、波長、又は色を異
なるように設定できるようにすることにより、レーザ受
光器３２の読み取り誤りを無くす。

【００６２】この振動センサ２の微小重力環境下での稼
働状態を図１０に示す。図１０において図示は省略され
ているが、支持機構３３は、支持機構駆動装置３４によ
り静かにレーザ受光器３２の内面に引き寄せられる。こ
れにより支持機構３３は反射体３０より離れ、反射体３
０は無重力空間に浮いた状態となる。この時、反射体３
０の周囲は真空でも、任意のガスでも良く、反射体３０
は無支持／無振動状態になる。

【００６３】但し、ガスを封入し、アクティブ制振（ス
ピーカー、マイク）機能等により、初期段階、又は継続
的、又は断続的に反射体１０を所定の範囲内に動かし或
いは振動を停止させるようにしてもよい。このように、
反射体３０のガス内固有振動又は回転による検知波のず
れを抑制しつつ、検出信号をフィルタにかけることによ
り、反射体３０の三次元位置制御を行いつつ振動を検出
することが可能である。尚、アクティブ制振等は、稼働
（使用）状態と不稼働状態を選択できるようにしてもよ
い。

【００６４】レーザ照射器３１により照射されたレーザ
光は、反射体３０により反射され、レーザ受光器３２に
よって受光される。尚、照射器８から反射体３０を介
し、レーザ受光器３２に至るまでの間に、他の反射鏡を
任意数以上配設することにより、光の経路を長く取り、
振動の検知能力を向上させることができる。

【００６５】レーザ受光器３２は、受光したレーザ光の
振幅、周波数等を検出する。宇宙ステーション１等の構
造体が振動した場合、レーザ受光器３２は、振動の振
幅、周波数等を検出し、これをコンピュータ５に送出す
る。検出されたデータは、コンピュータによって解析さ
れ、前述のアクチュエータ６の制御等に使用される。

【００６６】振動センサ２の第３例の機能構成を図１１
に示す。図１１に示されるようにＣＰＵ３８は、レーザ
照射コントローラ３８１、スケジューリング手段３８
２、支持コマンド発生部３８３、及び反射体運動演算部
３８４により構成される。以下にＣＰＵ３８の動作を説
明する。

【００６７】ＣＰＵ３８は、検出開始コマンドをコマン
ドバス４４を介して受け取る。この検出開始コマンド
は、スケジューリング手段３８２において受信コマンド
が所定の条件（時間条件等）を満たしているかを判断さ
れる。受信コマンドが所定の条件を満足している場合、
支持コマンド発生部３８３に送られる。支持コマンド発
生部３８３は、コマンドの受信に基づいて支持機構駆動
コントローラ３５に支持解除のコマンドを送る。支持機
構駆動コントローラ３５は、支持解除のコマンドに応じ
て支持解除速度、タイミング等を算出する。支持機構駆
動装置３４は、算出されたデータに基づいて反射体３０
の支持を解除し、反射体３０を無重力空間に浮遊させ
る。

【００６８】このような状態において、スケジューリン
グ手段３８２より、カリブレーションのためのレーザ照
射を指示するデータがレーザ照射コントローラ３８１に
送出される。レーザ照射コントローラ３８１は、レーザ
照射器３１の選定等の具体的方法・条件を確定し、これ
をレーザ照射器電源コントローラ３６に指示する。レー
ザ照射器電源コントローラ３６は、指示に基づいて各レ
ーザ照射器３１に対して波長及び電源供給等を割り当て
る。カリブレーションの際、全てのレーザ照射器３１か
ら反射体３０にレーザが照射される。

【００６９】反射体３０により反射されたレーザは、レ
ーザ受光器３２よって受光される。レーザ受光器３２
は、受光したレーザ光のデータをレーザ受光データサン
プリングユニット３７に送出する。レーザ受光データサ
ンプリングユニット３７は、データの単純計算を実行
し、各波長毎、即ち、色毎の振動方向特性を算出した
り、所定の座標変換等を行ない、結果データを反射体運
動演算部３８４に出力する。

【００７０】反射体運動演算部３８４は、入力したデー
タを用いて反射体３０の位置、速度、加速度、振幅、周
期等を求める。これら反射体の運動に関するデータは、
反射体アクティブ制振用コントローラ４２に送られる。
反射体アクティブ制振用コントローラ４２は、反射体３
０を所定の空間内に位置させるように反射体の運動と逆
の波動を希薄ガス中に形成する。

【００７１】ここで用いられる波動プロジェクタ４１
は、一般的には低周波スピーカが適用される。しかし、
その他にも高周波音波発信器等のガスに波動を与えるこ
とのできる手段を適用しても良い。

【００７２】前述したように反射体３０の運動を静止、
或いは一定の範囲内の振動状態に抑制した定常状態にお
いて、反射体３０の運動データは、メモリ３９に格納さ
れ、後のフィルタ処理に用いられる。このような処理動
作によりカリブレーションが行なわれる。

【００７３】次に振動計測の処理動作について説明す
る。振動計測の場合、レーザ照射器３１は、カリブレー
ション実行時から継続してレーザ光出力状態にある。こ
のため前述したように、反射体運動演算部３８４は反射
体３０の運動に関するデータを処理する。一方、反射体
運動演算部３８４は、メモリ３９より定常状態における
反射体３０の運動に関するデータを取り込み、現時点で
の反射体３０の運動データから定常状態における運動デ
ータを差し引くことにより、振動センサ２の振動を求め
る。求められたデータは、データ伝送バス５９を用いて
所定の器機に伝送される。

【００７４】この振動センサ２の第３例では、レーザ光
をレーザ照射器３１から照射し、反射体３０により反射
されたレーザ光をレーザ受光器３２によって受光するシ
ステムに関する説明をしたが、これに限定されず、各周
波数の光（可視光、非可視光）、電磁波、音波等の任意
のエネルギーを使用しても良い。

【００７５】又、前述した振動センサ２の第３例では反
射体３０を適用したが、これに限定されず、振動センサ
２の前記第２例で適用した透過屈折体（レンズ、プリズ
ム等）を用いても良い。

【００７６】

【発明の効果】以上詳記したようにこの発明によれば、
微小重力環境を実現する、宇宙システム、スペースシャ
トル、人工衛星、航空機等への物体の衝突や振動を検出
し、それによる振動を低減し、微小重力環境システムに
おける最重要課題の１つである微小重力環境の維持が可
能になる。

【００７７】又、システムのソフトウェアによる学習・
予測機能により、このシステムの地上での開発時に、検
証できない宇宙環境についても、宇宙へ打ち上げ後のデ
ータ集積を経験値として、システムに応用できる。従っ
て、システムの性能が宇宙空間で独自に向上する。

【００７８】又、この発明の振動センサによれば、微小
重力環境下で振動を正確に測定できる。又、反射鏡、反
射体、及び透過屈折体は、無支持の為、検知振動の性質
（加速度、振幅、周波数等）の測定範囲に制限を受けな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の一実施例に係る宇宙ステー
ションを示す正面図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図で
ある。

【図２】この実施例にかかるデータ処理の機能の流れを
示すフロー図。

【図３】図２に示されるデータ処理を実現するシステム
・ソフトウェアのフロー図。

【図４】初期閾値の例を示す図。

【図５】この実施例にかかる振動センサの第１例の反射
体を固定した状態を示す図。

【図６】この実施例にかかる振動センサの第１例の稼働
状態を示す図。

【図７】この実施例にかかる振動センサの第２例を示す
図で、（ａ）はレンズを固定した状態を示す図であり、
（ｂ）は稼働状態を示す図。

【図８】この実施例にかかる振動センサの第２例におい
て、透過屈折体にプリズムを適用した場合の稼働状態を
示す図。

【図９】この実施例にかかる振動センサの第３例を示す
図で、反射体を固定した状態を示す図。

【図１０】この実施例にかかる振動センサの第３例の稼
働状態を示す図。

【図１１】この実施例にかかる振動センサの第３例の機
能構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１…宇宙ステーション、２…振動センサ、３…伝送路、
４…ＤＩＵサンプリングユニット、５…コンピュータ、
６…アクチュエータ、７…センサ筺体、１０…反射体、
１１…レーザ照射器、１２…レーザ受光器、１３…支持
機構、２０ａ…レンズ、２０ｂ…プリズム、２１…レー
ザ照射器、２２…レーザ受光器、２３…支持機構、３０
…反射体、３１…レーザ照射器、３２…レーザ受光器、
３３…支持機構、３４…支持機構駆動装置、３５…支持
機構駆動コントローラ、３６…レーザ照射器電源コント
ローラ、３７…レーザ受光データサンプリングユニッ
ト、３８…ＣＰＵ、３９…メモリ、４０…電源及びパワ
ーコントローラ、４１…波動プロジェクタ、４２…反射
体アクティブ制振用コントローラ、４３…データ転送バ
ス、４４…コマンドバス、４５…電源バス、３８１…レ
ーザ照射コントローラ、３８２…スケジューリング手
段、３８３…支持コマンド発生部、３８４…反射体運動
演算部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小重力環境下に置かれた振動体に配置
   された複数の振動センサと、 前記振動センサにより検出された振動データを収集し、
   振動スペクトルを分析する分析手段と、 前記分析手段により分析された振動スペクトルに基づい
   て振動源を特定するニューラルネットワーク部と、 前記振動体に配置されたアクチュエータと、 前記振動センサにより検出された振動のエネルギーと前
   記ニューラルネット部により特定された振動源に応じ
   て、有害振動を低減するように前記アクチュエータを駆
   動制御し、及び／又は、振動要因を削除するファジィ制
   御部と、を具備することを特徴とする微小重力環境用振
   動検出低減装置。
2. 【請求項２】 微小重力環境下での振動を測定する振動
   センサにおいて、 微小重力空間に浮遊して配置され、レーザ光、各周波数
   の光、電磁波、音波等の所定のエネルギーを既知の特性
   により反射する任意面体の反射体と、 振動体に固定され、前記反射体に向けて前記所定のエネ
   ルギーを照射する出力手段と、 前記振動体に固定され、前記反射体からの反射エネルギ
   ーを受信し、前記反射エネルギーの動きから前記振動体
   の振動の性質を測定する受信手段と、を具備することを
   特徴とする微小重力振動センサ。
3. 【請求項３】 前記反射体を微小重力空間に静止させる
   静止手段を具備することを特徴とする請求項２記載の微
   小重力振動センサ。
4. 【請求項４】 微小重力環境下での振動を検出する振動
   センサにおいて、 微小重力空間に浮遊して配設され、その特性が既知の透
   過屈折体と、 この透過屈折体の一方の側に配設され、振動の被検体で
   ある構造体に固定され、光線を照射する照射手段と、 この照射手段に対向して前記透過屈折体の他方側に配設
   され、前記構造体に固定され、前記照射手段が照射した
   光線を前記透過屈折体を介して受光する受光手段と、を
   具備することを特徴とする微小重力振動センサ。
5. 【請求項５】 前記透過屈折体を微小重力空間に静止さ
   せる静止手段を具備することを特徴とする請求項４記載
   の微小重力振動センサ。
6. 【請求項６】 微小重力空間に位置し、所定の信号応答
   特性を有する信号応答手段と、 前記信号応答手段に所定の信号を出力する信号出力手段
   と、 前記信号応答手段の応答信号に基づいて前記被検体の定
   常運動を検出する手段と、 検出された被検体の定常運動に基づき、前記信号応答手
   段を所定範囲の微小重力空間に保持する手段と、 前記信号応答手段の応答信号と検出された定常運動から
   被検体の異常運動を検出する手段と、を具備することを
   特徴とする微小重力振動センサ。
7. 【請求項７】 オペレータによる固定指示に応じて前記
   信号応答手段を前記被検体に固定し、解除指示に応じて
   前記固定を解除し、前記信号応答手段を前記微小重力空
   間に浮遊配置する手段を具備することを特徴とする請求
   項６記載の微小重力振動センサ。