(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属棒に計測対象である歪ゲージを貼り、
第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の速度を各々計測し、
前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、
同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、
前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測することを特徴とするゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項２】
前記第２端面の速度をレーザ光による計測手段によって計測することを特徴とする請求項１記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項３】
前記レーザ光による計測手段はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項２記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項４】
金属棒に計測対象である歪ゲージを貼り、
第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の加速度を各々計測し、
前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した加速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、
同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、
前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測することを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項５】
金属棒に計測対象である歪ゲージを貼り、
第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の動的変位を各々計測し、
前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、
同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、
前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測することを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項６】
前記第２端面の動的変位を非接触変位センサにより計測することを特徴とする請求項５記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項７】
前記飛翔体の先端部に飛翔体本体と異なる材料の部材を設けて飛翔体を積層構造とし、前記飛翔体が衝突する金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項８】
前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体を、飛翔体発射管の中心空間及びその周囲に摺動自在に配置することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項９】
前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体それぞれを多重化して多重発射管から発射できるようにし、前記第１の飛翔体と第２の飛翔体の発射の時間差を制御することによって金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項１０】
弾性波伝播の理論であるスカラクの解析解によって端面に入射する弾性波パルスの歪から、歪ゲージへの入力となる過渡歪信号を求める際に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項、さらに精度をあげるために高次の項までをも用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項１１】
前記第１の飛翔体と第２の飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差である時間差を、第１の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生した歪ゲージへの入力過渡歪信号と、前記第２の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生した歪ゲージへの入力過渡歪信号とが、第１の飛翔体と第２の飛翔体が同時に発射したときに発生した歪ゲージへの入力過渡歪信号を最も適合する時間差として求め、
前記最も適合する時間差を考慮して、第１の飛翔体及び第２の飛翔体をそれぞれ単独で発射した場合に得られる歪ゲージの出力信号、微小時間差をもって第１の飛翔体と第２の飛翔体をほぼ同時に発射した時に得られる歪ゲージの出力信号から歪ゲージの動的線形性を計測することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一つの歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法で明らかになった該歪ゲージのゲインおよび位相に関する動的線形性が成立する周波数領域において、運動速度計測、金属棒端面の運動加速度計測、動的変位計測結果のいずれか一つと、波動伝播理論から導かれる歪ゲージ入力過渡歪信号と歪ゲージの出力信号を周波数領域で比較することにより、歪ゲージの周波数応答特性を求めることを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法。
【請求項１３】
歪ゲージを貼った金属棒と、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の速度を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測する動的線形性推定手段とを備えたことを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項１４】
前記第２端面の速度をレーザ光による計測装置によって計測したことを特徴とする請求項１３記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項１５】
前記レーザ光による計測手段はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１４記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項１６】
歪ゲージを貼った金属棒と、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の加速度を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した加速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測する動的線形性推定手段とを備えたことを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項１７】
歪ゲージを貼った金属棒と、
第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の動的変位を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測する動的線形性推定手段とを備えたことを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項１８】
前記第２端面の動的変位を非接触変位センサにより計測することを特徴とする請求項１７記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項１９】
前記飛翔体の先端部に飛翔体本体と異なる材料の部材を設けて飛翔体を積層構造とし、前記飛翔体が衝突する金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を調整することを特徴とする請求項１３乃至請求項１８のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項２０】
前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体を、中心空間及びその周囲に摺動自在に配置する飛翔体発射管を備えたことを特徴とする請求項１３乃至請求項１８のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【請求項２１】
前記飛翔体発射管を中心管とその周囲の管との二重管により形成し、
前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体を、中心管の中心空間、及び中心管とその周囲の管との空間に摺動自在に配置したことを特徴とする請求項２０に記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の振動解析、動的応力解析実験あるいはセンサ内部の主要部品など、産業計測分野で広く用いられている歪ゲージの動的応答特性の線形性の計測方法とそれを実施するための計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歪ゲージは極めて広い産業計測分野で用いられている。具体的には構造物の動的応力解析実験、振動解析実験、車両の衝突実験あるいは歪ゲージを内臓する加速度センサなどである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような振動や衝撃の計測では、歪ゲージの動的応答特性の線形性が保証されていないと信頼性の高い測定は不可能であるにもかかわらず、従来は適切な方法がなかったためにゲージは正しい結果を与えているとの仮定にたって計測が行われており、ゲージの貼り方や動的応答特性の線形性などについて理論的に検討されることはほとんどなかった。
【０００４】
歪ゲージの動的特性の計測方法については、周波数特性の計測方法に関して本発明者により特許出願を行い、既に特許が成立しているが、周波数特性の導出では線形性が仮定されるにもかかわらず、その動的線形性の測定方法とその装置については、十分な検討がなされていなかった。
【０００５】
したがって本発明は、歪ゲージの動的応答特性の線形性を評価する計測方法およびその方法を実施するための装置を提案し、歪ゲージを用いた計測技術の信頼性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、金属棒に計測対象である歪ゲージを貼り、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の速度を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測することを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、前記第２端面の速度をレーザ光による計測手段によって計測することを特徴とする請求項１記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、前記レーザ光による計測手段はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項２記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、金属棒に計測対象である歪ゲージを貼り、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の加速度を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した加速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測することを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、金属棒に計測対象である歪ゲージを貼り、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の動的変位を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測することを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、前記第２端面の動的変位を非接触変位センサにより計測することを特徴とする請求項５記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１２】
また、請求項７に係る発明は、前記飛翔体の先端部に飛翔体本体と異なる材料の部材を設けて飛翔体を積層構造とし、前記飛翔体が衝突する金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１３】
また、請求項８に係る発明は、前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体を、飛翔体発射管の中心空間及びその周囲に摺動自在に配置することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１４】
前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体それぞれを多重化して多重発射管から発射できるようにし、前記第１の飛翔体と第２の飛翔体の発射の時間差を制御することによって金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１５】
また、請求項１０に係る発明は、弾性波伝播の理論であるスカラクの解析解によって端面に入射する弾性波パルスの歪から、歪ゲージへの入力となる過渡歪信号を求める際に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項、さらに精度をあげるために高次の項までをも用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１６】
また、請求項１１に係る発明は、前記第１の飛翔体と第２の飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差である時間差を、第１の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生した歪ゲージへの入力過渡歪信号と、前記第２の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生した歪ゲージへの入力過渡歪信号とが、第１の飛翔体と第２の飛翔体が同時に発射したときに発生した歪ゲージへの入力過渡歪信号を最も適合する時間差として求め、前記最も適合する時間差を考慮して、第１の飛翔体及び第２の飛翔体をそれぞれ単独で発射した場合に得られる歪ゲージの出力信号、微小時間差をもって第１の飛翔体と第２の飛翔体をほぼ同時に発射した時に得られる歪ゲージの出力信号から歪ゲージの動的線形性を計測することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１７】
また、請求項１２に係る発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか一つの歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法で明らかになった該歪ゲージのゲインおよび位相に関する動的線形性が成立する周波数領域において、運動速度計測、金属棒端面の運動加速度計測、動的変位計測結果のいずれか一つと、波動伝播理論から導かれる歪ゲージ入力過渡歪信号と歪ゲージの出力信号を周波数領域で比較することにより、歪ゲージの周波数応答特性を求めることを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法としたものである。
【００１８】
また、請求項１３に係る発明は、歪ゲージを貼った金属棒と、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の速度を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測する動的線形性推定手段とを備えたことを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００１９】
また、請求項１４に係る発明は、前記第２端面の速度をレーザ光による計測装置によって計測したことを特徴とする請求項１３記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２０】
また、請求項１５に係る発明は、前記レーザ光による計測手段はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１４記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２１】
また、請求項１６に係る発明は、歪ゲージを貼った金属棒と、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の加速度を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した加速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測する動的線形性推定手段とを備えたことを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２２】
また、請求項１７に係る発明は、歪ゲージを貼った金属棒と、第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって、前記金属棒の第１端面に各々衝突させて金属棒内部に各々弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の動的変位を各々計測し、前記各計測において弾性波パルスのスカラクの伝播理論と、計測した速度の信号を用いて歪ゲージへの入力信号として作用した過渡歪信号を求め、同時に前記各衝突時に得られる歪ゲージの出力信号を求め、前記過渡歪信号と、前記歪ゲージの出力信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、歪ゲージ動特性の動的線形性を計測する動的線形性推定手段とを備えたことを特徴とする歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２３】
また、請求項１８に係る発明は、前記第２端面の動的変位を非接触変位センサにより計測することを特徴とする請求項１７記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２４】
また、請求項１９に係る発明は、前記飛翔体の先端部に飛翔体本体と異なる材料の部材を設けて飛翔体を積層構造とし、前記飛翔体が衝突する金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を調整することを特徴とする請求項１３乃至請求項１８のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２５】
また、請求項２０に係る発明は、前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体を、中心空間及びその周囲に摺動自在に配置する飛翔体発射管を備えたことを特徴とする請求項１３乃至請求項１８のいずれか一つに記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２６】
また、請求項２１に係る発明は、前記飛翔体発射管を中心管とその周囲の管との二重管により形成し、前記第１の飛翔体及び第２の飛翔体を、中心管の中心空間、及び中心管とその周囲の管との空間に摺動自在に配置したことを特徴とする請求項２０に記載の歪ゲージの動的応答特性の線形性計測装置としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
各種の計測に際しては線形性が成り立たなければ、正確な計測は困難である。動的計測においても線形性は重要であるが、ゲインおよび位相に関して動的線形性を検証するとは一般に容易ではない。
【００２８】
この点に関し、一般的定義としては、動的線形性は、入力信号ｘ(t)に対する出力信号をＸ(t)として、入力信号ｙ(t)に対する出力信号をＹ(t)とするとき、任意定数ａ,ｂを用いて、入力信号ａ・ｘ(t)+ｂ・ｙ(t)に対する出力信号がａ・Ｘ(t)＋ｂ・Ｙ(t)となれば、動的線形性が成立しているということができる。
【００２９】
この考え方を元に、図１に示すように金属棒３に評価対象となる測定対象の歪ゲージ４を貼り、金属棒３の第１端面６に内側発射管７から発射される第１の飛翔体１を衝突させることによって発生した弾性波パルスが、前記第１端面と反対側の第２端面８に到達したときに生じる第２端面８の運動速度を計測し、その結果から導かれる歪と弾性波の伝播理論を用いて、第１の飛翔体１により歪ゲージ４への入力信号として作用した動的歪ε１(t)とゲージの出力εout,1(t)を求める。
【００３０】
なお、金属棒３の前記第２端面８の運動速度の計測に際しては、図１に示すものは干渉計１０からのレーザ光を第２端面８に照射し反射光を検出することにより干渉計１０で第２端面８の速度変化として計測し、その計測データをパソコン等の計算機１１に出力し、歪ゲージ４からの信号と比較することにより後述するような計算式を用いて歪ゲージ４の動的応答特性の線形特性を演算する。また図２（ａ）の実施例においては加速度センサ１２を用いることにより第２端面８の加速度の変化を計測し、更に図２（ｂ）の実施例においては非接触変位センサ１３を用いることにより第２端面の変位を計測する例を示しており、これらにおいても図１に示すような計算機１１を用い、後述するような計算式を用いて歪ゲージ４の動的応答性の線形特性を演算する。
【００３１】
次に、金属棒３の第１端面６に外側発射管９から発射される第２の飛翔体２を衝突させることによって発生した弾性波パルスが第２端面８に到達したときに生じるこの第２端面８の運動速度を計測し、その結果から導かれる歪と弾性波の伝播理論を用いて、第２の飛翔体２によりゲージへの入力信号として作用した動的歪ε２(t)とゲージの出力εout,2(t)を求める。
【００３２】
最後に第１の飛翔体１と第２の飛翔体２を同時に金属棒３の第１端面６に衝突させた時に、歪ゲージ４への入力信号として作用する歪信号は、弾性波の線形性から、ε１(t)＋ε２(t)となる。この時にゲージの出力信号をεout(t)とする。線形性が成立するとすれば、出力信号は、εout,1(t)+εout,2(t)  となるはずであるから、この信号と、εout(t)を周波数領域あるいは時間領域で比較することによって、歪ゲージの動的線形性をゲイン、位相に関して計測する。
【００３３】
上記のような基本思想と、それを実施する上記のような装置によって本発明を実施することができるものであるが、以下、本発明における上記の基本思想を実際の計測に適用するための理論について順に説明する。即ち、本発明は以下に示す理論解析により実施可能となったものであり、この理論が本発明による計測法および計測装置を実施する裏付けとなっている。
【００３４】
直径に対して十分長い金属棒の端面に飛翔体（材料、構造を問わない）を衝突させるなどの方法により衝撃を加えると、金属棒内部に弾性波パルスが発生する。この弾性波パルスがもう一方の端面に到達した時点では平面弾性波パルスになっており、端面で反射する過程において棒内部の縦波弾性波（C）と歪速度
【数１】
0003653545.tif 000002
の積の２倍の加速度（ａ(t)）が発生する。
【数２】
0003653545.tif 000003
0003653545.tif 000004
ここで、ε(t)は端面に入射する弾性波パルスの歪であり、・は時間微分項を表す。
（１）式より、端面の運動速度をｖ(t)、端面の動的変位をｄ(t)とすると（１）式より以下の（２）、（３）式が成立する。
【数３】
0003653545.tif 000005
0003653545.tif 000006
【数４】
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【００３５】
実際に、測定対象となる歪ゲージを金像棒の端面と側面の境界面に貼ることは不可能なので、飛翔体との衝突端面から
ＬＢ
だけ離れた位置に歪ゲージを貼ったとすると、ゲージで観測される歪と端面の運動加速度、運動速度、動的変位との関係について、（４）、（５）、（６）式が成立する。式中の・は時間微分を表す。
【数５】
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【数６】
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【数７】
0003653545.tif 000013
0003653545.tif 000014
【００３６】
前記（４）式から計算される端面の運動加速度が、加速度センサへの入力信号となる。（５）式で計算される運動速度が、レーザ干渉計への入力信号となる。（６）式で計算される動的変位が非接触変位センサへの入力信号となる。
【００３７】
動的線形性を計測する歪ゲージで観測される過渡的信号は図３で示される。時間区間[tc − td]の波形は、弾性波パルスが棒端面で反射してできる引張り応力波パルスであり、飛翔体が衝突する端面の方向に伝播するので、レーザ干渉計、加速度センサ、非接触変位センサへの入力信号となる加速度、速度、動的変位を発生させることには寄与しない。（４）式によって加速度センサへの入力信号となる加速度信号を発生させる歪、（５）式によってレーザ干渉計（振動計）への入力信号となる速度信号を発生させる歪、（６）式によって非接触変位計への入力信号となる動的変位信号を発生させる歪は、すべて図３の中の時間区間[ta − tb]に現れる歪信号である。
【００３８】
前記（１）式より加速度センサの出力信号から求められる端面に入射する弾性波パルスの歪（εＡ(t)）は下記の（７）式で、（２）式より干渉計の出力信号から求められる端面に入射する弾性波パルスの歪（εＶ(t)）は（８）式で、（３）式より非接触変位センサ、変位測定装置から求められる端面に入射する弾性波パルスの歪（εＤ(t)）は（９）式で表される。（９）式における・は時間微分を表す。
【数８】
0003653545.tif 000015
0003653545.tif 000016
【数９】
0003653545.tif 000017
0003653545.tif 000018
【数１０】
0003653545.tif 000019
0003653545.tif 000020
【００３９】
また、金属丸棒中における波動の伝播は、以下の（１０）式で表される。
【数１１】
0003653545.tif 000021
0003653545.tif 000022
ただしここで、
t：時刻
lp：飛翔体の長さ
Ｃｐ：飛翔体の中の縦波弾性波の伝播速度
εｔ(t,z)：スカラクの解析解の一次の項
【数１２】
0003653545.tif 000023
【数１３】
0003653545.tif 000024
【数１４】
0003653545.tif 000025
ただしここで、
Ｖ１：飛翔体の衝突速度
t：衝突後の経過時間
ν：ポアソン比
Ｄａ：金属棒の直径
ｚ：金属棒の軸方向の座標
【００４０】
前記（７）式と（１０）式から棒端面の運動加速度を加速度センサで計測した結果を用いての歪ゲージへの入力信号としての歪信号（εｉＡ(t)）が得られる。（８）式と（１０）式とから棒端面の運動速度をレーザ干渉計で計測した結果を用いての歪ゲージへの入力信号としての歪信号（εｉｖ(t)）が得られる。（９）式と（１０）式とから棒端面の動的変位を非接触変位センサなどで計測した結果を用いての歪ゲージへの入力信号としての歪信号（εｉＤ(t)）が得られる。
【００４１】
第１の飛翔体１、第２の飛翔体２について、以下の表のように記号を定義する。
表１：
0003653545.tif 000026
【００４２】
上記のような理論に基づく計測技術を用いて実際に計測を行う際には、第１の飛翔体と第２の飛翔体の衝突時間差を考慮しない場合と、それを考慮する場合により、またそれらの各場合において、時間領域における比較に際して加速度センサで計測する場合とレーザ干渉計で計測する場合と非接触変位センサで計測する場合とに応じて下記の評価関数を用いて計算し、更にそれらの各場合において、周波数領域における比較を下記の計算式を用いて計算を行うことにより実施することができる。以下、これらについて順に説明する。
【００４３】
１．衝突時間差を考慮しない場合。
１）時間領域における比較
１−１）加速度センサで計測する場合の評価関数の一例：
【数１５】
0003653545.tif 000027
（信号の存在する区間［t１，t２］で積分する）
【００４４】
１−２）レーザ干渉計で計測する場合の評価関数の一例：
【数１６】
0003653545.tif 000028
（信号の存在する区間［t１，t２］で積分する）
【００４５】
１−３）非接触変位センサで計測する場合の評価関数の一例：
【数１７】
0003653545.tif 000029
（信号の存在する区間［t１，t２］で積分する）
【００４６】
２）周波数領域における比較
２−１）加速度センサで計測する場合は、一例として、
【数１８】
0003653545.tif 000030
を計算し、絶対値が１の許容値から外れた周波数を、ゲインに関する動的線形性の成立限界周波数とする。また位相に関しては、計算結果の位相がゼロの許容値から外れた周波数と、位相に関する動的線形性の成立限界周波数とする。
【００４７】
２−２）レーザ干渉計で計測する場合は、一例として、
【数１９】
0003653545.tif 000031
を計算し、絶対値が１の許容値から外れた周波数を、ゲインに関する動的線形性の成立限界周波数とする。また位相に関しては、計算結果の位相がゼロの許容値から外れた周波数と、位相に関する動的線形性の成立限界周波数とする。
【００４８】
２−３）非接触変位センサで計測する場合は、一例として、
【数２０】
0003653545.tif 000032
を計算し、絶対値が１の許容値から外れた周波数を、ゲインに関する動的線形性の成立限界周波数とする。また位相に関しては、計算結果の位相がゼロの許容値から外れた周波数と、位相に関する動的線形性の成立限界周波数とする。
【００４９】
２．衝突時間差を考慮する場合
第１の飛翔体１、第２の飛翔体２が金属棒に厳密に同時に衝突するような制御が簡単ではない場合には、時間差をΔtとし、加速度センサを用いて端面の運動加速度からゲージの入力過渡歪信号を求める場合には、εｉ１Ａ(t)＋εｉ２Ａ(t−Δt)がεｉ１２Ａ(t)にもっとも良く一致するようにΔtをパラメータとして求める。レーザ干渉計から端面の運動加速度からゲージの入力過渡歪信号を求める場合には、εｉ１Ｖ(t)＋εｉ２Ｖ(t−Δt)がεｉ１２Ｖ(t)に最も良く一致するようにΔtをパラメータとして求める。非接触動的変位センサから端面の運動加速度からゲージの入力過渡歪信号を求める場合には、εｉ１Ｄ(t)＋εｉ２Ｄ(t−Δt)がεｉ１２Ｄ(t)にもっとも良く一致するようにΔtをパラメータとして求める。このようにして求められたΔtを上記「１．衝突時間差を考慮する場合」における１）の各式及び２）の各式に適用することによって得られる。
【００５０】
本発明は更に種々の態様で実施することができ、例えば、先端部に高分子材料、プラスティックスなどを取り付けることにより、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など、各種異なる材料との積層構造を備えた飛翔体を用い、この飛翔体の衝突による金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を適宜調整することもできる。
【００５１】
また、前記実施例においては内外二重管型の発射により第１の飛翔体と第２の飛翔体を発射する例を示したが、例えば１本の管によって内側面で第１の飛翔体を案内し、外側面で第２の飛翔体を案内することも可能である。また、内側発射管、外側発射管を多重にし、多重内側発射管、多重外側発射管各々から発射される複数の飛翔体の発射の位相を制御することによって、金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化する手法を採用しても良い。
【００５２】
更に、弾性波伝播の理論であるスカラクの解析解によって端面に入射する弾性波パルスの歪から、歪ゲージへの入力となる過渡歪信号を求める際に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項、さらに精度をあげるためにはスカラクの解析解の高次の項までをも用いるような、歪ゲージの動的応答特性の線形性計測方法及びそれを実施する装置としてもよい。
【００５３】
また、上記手法で明らかになった歪ゲージのゲインおよび位相に関する動的線形性が成立する周波数領域において、金属棒端面の運動加速度計測、運動速度計測、動的変位計測結果と波動伝播理論から導かれるゲージ入力過渡歪信号と歪ゲージの出力信号（増幅器を含む場合、含まない場合の両方）を周波数領域で比較することにより、歪ゲージの周波数応答特性を求めても良い。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、動的線形性が保証された信頼性の高い歪ゲージを得ることができ、この歪ゲージを用いるすべての計測の信頼性を向上させることがででる。したがって、この歪ゲージを使用する、例えば構造物の静的強度の計測、構造物の動的強度の計測の信頼性が向上し、更にこのような計測の信頼性の向上により建築構造物、橋梁、道路、車両、センサなどあらゆる製品の動的歪計測の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明において、干渉計を用いて歪ゲージの動的線形性を計測する装置の実施例を示す図である。
【図２】本発明において、加速度センサを用いて歪ゲージの動的線形性を計測する装置の実施例を示す図である。
【図３】本発明において歪ゲージで観測される波形の例を示す図である。
【符号の説明】
１  第１の飛翔体
２  第２の飛翔体
３  金属棒
４  歪ゲージ
６  第１端面
７  内側発射管
８  第２端面
９  外側発射管
１０  干渉計
１１  計算機
【図１】
0003653545.tif 000033
【図２】
0003653545.tif 000034
【図３】
0003653545.tif 000035