(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度センサを、衝撃加速度の発生する取り付け面に対して直接固定し、
更に前記使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度センサを、衝撃吸収特性の異なる衝撃吸収材からなり、折れ点周波数が該衝撃吸収材に固定する加速度センサの使用上限周波数である低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ台座を介して、衝撃加速度の発生する取り付け面に対して固定し、
各加速度センサからの信号を処理することにより衝撃加速度のピーク値を計測することを特徴とする衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置。
【請求項２】
使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度検出エレメントを、センサケーシングの基板面に直接取り付け、
更に前記使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度検出エレメントを衝撃吸収特性の異なる衝撃吸収材からなり、折れ点周波数が該衝撃吸収材に固定する加速度センサの使用上限周波数である低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ台座を介して、センサケーシングの基板面に取り付け、
該センサケーシングを衝撃加速度の発生する取り付け面に取り付け、
各加速度センサからの信号を処理することにより衝撃加速度のピーク値を計測することを特徴とする衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置。
【請求項３】
金属棒に被測定用衝撃吸収材を介して既知の特性の加速度検出部材を固定し、
金属棒の変位を測定して加速度を検出するレーザ干渉計を備え、
前記金属棒中に発生させた弾性波パルスの反射によって発生する衝撃加速度を前記加速度検出部材と前記レーザ干渉計により検出し、前記レーザ干渉計で得られた加速度により前記加速度検出部材のインパルス応答を推定し、該推定値と前記加速度検出部材による計測値とを比較することにより前記衝撃吸収材衝撃吸収性能を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置に用いる衝撃吸収材の衝撃吸収性能評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波数成分を含む運動の計測が必要不可欠な、たとえば車両衝突安全、ロボット、輸送機器、原子力発電関連諸機器、船舶、宇宙航空機器、地震、建築構造物等での衝撃加速度を計測するための衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製品の運搬時の耐落下性を計測するための落下衝撃試験、ロケットの切り離し時の衝撃加速度測定、有索弾の衝撃加速度試験、爆発衝撃試験、耐爆発防壁の耐衝撃試験、地震時の最大加速度計測、原子炉廃棄物運搬容器の落下衝撃試験等では、工業規格や乗員安全規格などの要請により、最大加速度値の計測が求められ、衝撃加速度センサによってその計測が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最大ピーク値計測では加速度センサへの入力信号の周波数帯域が不明確であり、加速度センサで信頼性の高い計測を可能とする周波数範囲内に元信号の周波数帯域が入るのかどうかが未知のままで、その加速度センサの出力からピーク加速度を求めることは本来矛盾がある。
【０００４】
なぜならば、入力信号である衝撃加速度の周波数帯域の広い、狭いによって、加速度センサの周波数特性が変化するのかしないのかが不明だからであり、そのため、信頼性の高い測定をすることは原理的に困難である。事実、衝撃加速度のピーク値を求めることは非常に困難であると産業界ではみなされている。
【０００５】
特に高衝撃加速度が計測できる加速度センサにおいては、共振周波数を励起するような、すなわち使用可能最大周波数を超えるような周波数成分が、加速度センサへの入力加速度信号の周波数帯域に含まれているのかどうか、本質的に不明である。
【０００６】
したがって本発明は、各種機器の耐衝撃試験等において衝撃加速度のピーク値を測定するに際し、周波数帯域が未知な衝撃加速度波形のピーク値を確実に推定することができるようにした衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基本的技術思想は、規定された周波数帯域を持つパルス入力に対して、ピーク感度が定義された加速度センサ複数個を、衝撃絶縁性としての周波数帯域が明確に定義でき同時に、それぞれの衝撃絶縁周波数帯域が相互に異なる複数個の取付台座を介して、計測対象としての衝撃加速度発生面に取り付け、加速度センサの周波数帯域と取付台座の周波数帯域から、加速度センサアレーに入った入力加速度の周波数帯域を最適に推定した後に、入力加速度波形のピーク値を推定することによって、周波数帯域が未知な衝撃加速度波形のピーク値を推定するという手段を採用する点にある。
【０００８】
また、他の手段として、加速度センサケーシング内部で、規定された周波数帯域を持つパルス入力に対して、ピーク感度が定義された加速度検出用サイズモ系加速度検出エレメント複数個を、衝撃絶縁性としての周波数帯域が明確に定義でき同時に、それぞれの衝撃絶縁周波数帯域が相互に異なる複数個の取付台座を介して、計測対象としての加速度センサ基準面に取り付け、加速度検出用サイズモ系加速度検出エレメントの周波数帯域と取付台座の周波数帯域から、加速度センサアレーに入った入力加速度の周波数帯域を最適に推定した後に、入力加速度波形のピーク値を推定するという方式に従って周波数帯域が未知な衝撃加速度波形のピーク値を推定できるよう設計された加速度センサを用いることにより、周波数帯域が未知な衝撃加速度波形のピーク値を推定するという手段を採用する。
【０００９】
そのため、請求項１に係る発明は、使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度センサを、衝撃加速度の発生する取り付け面に対して直接固定し、更に前記使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度センサを、衝撃吸収特性の異なる衝撃吸収材からなり、折れ点周波数が該衝撃吸収材に固定する加速度センサの使用上限周波数である低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ台座を介して、衝撃加速度の発生する取り付け面に対して固定し、各加速度センサからの信号を処理することにより衝撃加速度のピーク値を計測することを特徴とする衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置としたものである。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度検出エレメントを、センサケーシングの基板面に直接取り付け、更に前記使用上限周波数特性の異なる複数個の加速度検出エレメントを衝撃吸収特性の異なる衝撃吸収材からなり、折れ点周波数が該衝撃吸収材に固定する加速度センサの使用上限周波数である低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ台座を介して、センサケーシングの基板面に取り付け、該センサケーシングを衝撃加速度の発生する取り付け面に取り付け、各加速度センサからの信号を処理することにより衝撃加速度のピーク値を計測することを特徴とする衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置としたものである。
【００１５】
金属棒に被測定用衝撃吸収材を介して既知の特性の加速度検出部材を固定し、金属棒の変位を測定して加速度を検出するレーザ干渉計を備え、前記金属棒中に発生させた弾性波パルスの反射によって発生する衝撃加速度を前記加速度検出部材と前記レーザ干渉計により検出し、前記レーザ干渉計で得られた加速度により前記加速度検出部材のインパルス応答を推定し、該推定値と前記加速度検出部材による計測値とを比較することにより前記衝撃吸収材衝撃吸収性能を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置に用いる衝撃吸収材の衝撃吸収性能評価装置としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の態様を図面に沿って説明する。図１は本発明による衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置の第１実施例を示し、図示するように使用上限周波数ｆ１の第１加速度センサ１１を、衝撃加速度を発生する面１９に対して直接取り付ける。また、同じく使用上限周波数ｆ１の第１加速度センサ１２を、折点周波数ｆ１の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第１台座１５を介して、取り付け面１９に取り付ける。この第１加速度センサ１１単体と第１台座１５を備えた第１加速度センサ１１とにより、周波数ｆ１の衝撃加速度のピーク値を求めるための第１加速度センサ群１とする。
【００１７】
同様に、使用上限周波数ｆ２の第３加速度センサ１２を、衝撃加速度を発生する面１９に対して直接取り付ける。また、同じく使用上限周波数ｆ２の第２加速度センサ１２を、折点周波数ｆ２の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第２台座１６を介して、取り付け面１９に取り付ける。この第２加速度センサ１２単体と第２台座１６を備えた第２加速度センサ１２により周波数ｆ２の衝撃加速度のピーク値を求めるための第２加速度センサ群２とする。
【００１８】
以下同様に加速度センサを配置し、使用上限周波数ｆＮの第Ｎ加速度センサ１４を、衝撃加速度を発生する面１９に対して直接取り付け、また、同じく使用上限周波数ｆＮの第Ｎ加速度センサ１４を、折点周波数ｆＮの低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第Ｎ台座１８を介して、取り付け面１９に取り付ける。この第Ｎ加速度センサ１４単体と第Ｎ台座１８を備えた第Ｎ加速度センサ１４により周波数ｆＮの衝撃加速度のピーク値を求めるための第Ｎ加速度センサ群Ｎとする。上記の内容をまとめたものが下記の表１である。
【００１９】
【表１】
0003590841.tif 000002
【００２０】
上記構成による加速度センサアレーに対して、次のような判断を行って、ピーク加速度を計測する。即ち、第１加速度センサ群１における使用上限周波数ｆ１の第１加速度センサ１１については、その出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ１以上の成分と、折点周波数ｆ１の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第１台座１５に取り付けた、同特性の第１加速度センサ１１からの出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ１以上の成分を比較する。
【００２１】
その比較結果が同じであれば、第１加速度センサ１の出力からピークを求めることができる。同じでない場合には、第１加速度センサの出力からピークを求めることはできない。
【００２２】
同様に、第２加速度センサ群２における使用上限周波数ｆ２の第２加速度センサ１２については、その出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ２以上の成分と、折点周波数ｆ２の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第２台座１６に取り付けた、同特性の第２加速度センサ１２からの出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ２以上の成分を比較する。
【００２３】
その比較結果が同じであれば、第２加速度センサ１２の出力からピークを求めることができる。同じでない場合には、第２加速度センサの出力からピークを求めることはできない。
【００２４】
以下同様の操作を行い、第Ｎ加速度センサ群Ｎにおける使用上限周波数ｆＮの第Ｎ加速度センサ１４については、その出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆＮ以上の成分と、折点周波数ｆＮの低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第１台座１８に取り付けた、同特性の第Ｎ加速度センサ１４からの出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆＮ以上の成分を比較する。
【００２５】
その比較結果が同じであれば、第Ｎ加速度センサ１４の出力からピークを求めることができる。同じでない場合には、第Ｎ加速度センサの出力からピークを求めることはできない。上記の内容をまとめたものが下記の表２である。
【００２６】
【表２】
0003590841.tif 000003
【００２７】
図２は本発明による衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置の第２実施例を示し、複数個のサイズモ系加速度検出エレメントアレーによる加速度センサを用いた装置を示している。この加速でセンサにおいては、図示するように使用上限周波数ｆ１の第１サイズモ系加速度検出エレメント２１を、直接加速度センサケーシング２０の基板面２９に取り付ける。また同じく使用上限周波数ｆ１の第１サイズモ系加速度検出エレメント２１を、折点周波数ｆ１の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第１台座１５を介して、取り付け面２９に取り付ける。この第１サイズモ系加速度検出エレメント２１単体と第１台座１５を備えた第１サイズモ系加速度検出エレメント２１とにより、周波数ｆ１の衝撃加速度のピーク値を求めるための第１サイズモ系加速度検出エレメント群Ｓ１とする。
【００２８】
同様に、使用上限周波数ｆ２の第２サイズモ系加速度検出エレメント２２を、直接加速度センサケーシング２０の基板面２９に取り付ける。また同じく使用上限周波数ｆ２の第２サイズモ系加速度検出エレメント２２を、折点周波数ｆ２の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第２台座１６を介して、取り付け面２９に取り付ける。この第２サイズモ系加速度検出エレメント２２単体と第２台座１６を備えた第２サイズモ系加速度検出エレメント２２とにより、周波数ｆ２の衝撃加速度のピーク値を求めるための第２サイズモ系加速度検出エレメント群Ｓ２とする。
【００２９】
以下同様にサイズモ系加速度検出エレメントを配置し、使用上限周波数ｆＮの第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント２４を、衝撃加速度を発生する面２９に対して直接取り付け、また、同じく使用上限周波数ｆＮの第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント２４を、折点周波数ｆＮの低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第Ｎ台座１８を介して、取り付け面２９に取り付ける。この第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント２４単体と第Ｎ台座１８を備えた第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント２４により周波数ｆＮの衝撃加速度のピーク値を求めるための第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント群Ｎとする。上記の内容をまとめたものが下記の表３である。
【００３０】
【表３】
0003590841.tif 000004
【００３１】
上記構成をなす複数個のサイズモ系加速度検出エレメントによる加速度センサアレーに対して、次のような判断を行って、ピーク加速度を計測する。即ち、第１サイズモ系加速度検出エレメント群Ｓ１における使用上限周波数ｆ１の第１サイズモ系加速度検出エレメント２１の出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ１以上の成分と、折点周波数ｆ１以上の成分と、折点周波数ｆ１の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第１台座１５を介して取り付けた同じサイズモ系加速度検出エレメントからの出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ１以上の成分を比較する。同じであれば、加速度センサの出力からピークを求めることができる。同じでない場合には、加速度センサの出力からピークを求めることはできない。
【００３２】
同様に、第２サイズモ系加速度検出エレメント群Ｓ２における使用上限周波数ｆ２の第２サイズモ系加速度検出エレメント２２の出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ２以上の成分と、折点周波数ｆ２以上の成分と、折点周波数ｆ２の低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ第２台座１６を介して取り付けた同じサイズモ系加速度検出エレメントからの出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆ２以上の成分を比較する。同じであれば、加速度センサの出力からピークを求めることができる。同じでない場合には、加速度センサの出力からピークを求めることはできない。
【００３３】
以下同様に、第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント群ＳＮにおける使用上限周波数ｆＮの第Ｎサイズモ系加速度検出エレメント２４の出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆＮ以上の成分と、折点周波数ｆＮ以上の成分と、折点周波数ｆＮの低域通過特性を衝撃抑制特性としてもつ台座１８を介して取り付けた同じサイズモ系加速度検出エレメントからの出力信号のスペクトルに含まれる使用上限周波数ｆＮ以上の成分を比較する。同じであれば、加速度センサの出力からピークを求めることができる。同じでない場合には、加速度センサの出力からピークを求めることはできない。上記の内容をまとめたものが下記の表４である。
【表４】
0003590841.tif 000005
【００３４】
前記図１に示すような既存の加速度センサを配置するアレー装置は、衝撃加速度発生面の広さの制約を受けやすいという欠点があるのに対して、上記図２に示すようなサイズモ系加速度検出エレメントを用いたアレー装置においてはそのような問題が少ない。
【００３５】
前記各装置においては各取付台座の衝撃吸収性能が所定の特性を有することが重要となるが、その衝撃吸収性能の評価に際しては、本発明者が先に提案している、金属丸棒中に発生させる弾性波パルスの反射によって発生する衝撃加速度を用いて計測する手段を採用し、そのメカニカルフィルターとしての周波数特性を測定することができる。
【００３６】
各取付台座の衝撃吸収性能の評価において、上記のような金属丸棒中に発生させる弾性波パルスの反射によって発生する衝撃加速度を用いて計測する手段を採用するに際しては、例えば図３に示すように金属丸棒３４の端部近傍側面に評価を行う台座３７を固定し、その上に予めその特性が知られた、加速度センサ３３或いはサイズモ系加速度検出エレメントを取り付ける。その後、金属丸棒３４の図中左側端面に対して発射装置３１により飛翔体３２を発射して衝突させる。
【００３７】
この衝突により弾性波が発生して金属棒中を伝播し、他端に到達して反射する時点で、端面に弾性波の伝播速度と歪み速度の積の２倍の加速度を発生させる。したがって、金属棒３４の図中右側に配置したレーザ干渉計３６による高速度変位測定機能等を用いて、加速度を測定することにより加速度計のインパルス応答を推定することができ、この推定値と既知の加速度センサ３３の値とを比較することにより、その加速度センサ３３が備えている特性と取付台座を用いたことによる特性との相違を検出することができる。それによって取付台座の衝撃吸収性能の評価を行うことができる。これらの各種演算は演算装置３５により行う。なお、前記加速度センサ３３或いはサイズモ系加速度検出エレメント自体の特性が知られていないときは、本出願人により既に提案している方法により、上記装置によって推定することができる。
【００３８】
なお、上記図１及び図２に示す実施例においては、本発明を最も確実に実施する手段について説明したが、より簡易に構成するには、予め特性が既知の第１〜第Ｎ加速度センサ、或いはサイズモ系の加速度検出エレメントを用い、各信号を処理する等、種々の態様で実施することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、従来の衝撃加速度のピーク値の測定装置のように、その測定に際して、加速度センサへの入力加速度信号の周波数帯域が不明であり、信号の周波数帯域が信頼性の高い計測を可能とする加速度センサの周波数帯域に含まれるのかどうか不明な状況下で、その加速度センサの出力信号を利用しなければならないという本質的な矛盾を抱えた計測を行う必要が無く、周波数特性、ピーク感度特性が十分定義された加速度センサを配置することにより、衝撃加速度ピーク値の測定の信頼性が向上させることができる。
【００４０】
また、複数個のサイズモ系加速度検出エレメントと既知衝撃伝播特性からなる微細加工技術による新しい加速度センサの新しい設計法として採用することができ、それにより低価格で且つ衝撃加速度ピーク値計測の信頼性の高い衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置を得ることが可能となる。
【００４１】
また、このような信頼性の高い衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置が得られることにより、例えば自動車等の工業製品の信頼性が向上し、更に製品運搬時の落下衝撃に関する規格の実施を裏付ける為の装置として利用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置として複数の加速度センサを用いた実施例を示す図である。
【図２】本発明において、衝撃加速度のピーク値計測用加速度センサアレー装置として複数のサイズモ系加速度検出エレメントを用いた実施例を示す図である。
【図３】台座の衝撃吸収性能の評価を行う装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  第１加速度センサ群
２  第２加速度センサ群
３  第３加速度センサ群
Ｎ  第Ｎ加速度センサ群
１１  第１加速度センサ
１２  第２加速度センサ
１３  第３加速度センサ
１４  第Ｎ加速度センサ
１５  第１台座
１６  第２台座
１７  第３台座
１８  第Ｎ台座
１９  衝撃加速度を発生する面
【図１】
0003590841.tif 000006
【図２】
0003590841.tif 000007
【図３】
0003590841.tif 000008