(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを用い、計測対象物に外力が作用しない場合に接続部材に加わる振動による慣性力に対する加速度成分の寄与度を決定する方法において、
加速度センサの数ｍが、分力成分の数Ｍと等しく、
互いに独立した振動状態ｋでｉ分力に対する信号値ＥＦｉ（ｋ）を求め、ここでｋ＝２〜ｎ；ｎ≧Ｍおよびｉ＝１〜Ｍであり、
同時に全ての加速度センサの信号値ＥＡｊ（ｋ）を求め、ここでｊ＝１〜ｍであり、
ｉ分力毎に加速度センサの信号値ＥＡｊに対する未知の係数Ｋｉｊを用い、
乗算値ＫｉｊＥＡｊ（ｋ）を全てのｊについて加えた加算値が求めた分力信号値ＥＦｉ（ｋ）に一致するように、振動状態ｋおよびｉ分力の全てに対してＫｉｊを決定して慣性力に対する加速度成分の寄与度とする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを用い、計測対象物に外力が作用しない場合に接続部材に加わる振動による慣性力に対する加速度成分の寄与度を決定する方法において、
互いに独立した振動状態ｋでｉ分力に対する信号値ＥＦｉ（ｋ）を求め、ここでｋ＝２〜ｎ；ｎ≧Ｍおよびｉ＝１〜Ｍであり、
同時に全ての加速度センサの信号値ＥＡｊ（ｋ）を求め、ここでｊ＝１〜ｍであり、
ｉ分力毎に加速度センサの信号値ＥＡｊに対する未知の係数Ｋｉｊを用い、
乗算値ＫｉｊＥＡｊ（ｋ）を全てのｊについて加えた加算値と求めた分力信号値ＥＦｉ（ｋ）の差の二乗値を全てのｋについて加えた総和が最小になるように、最小二乗法でｉ分力の全てに対してＫｉｊを決定して慣性力に対する加速度成分の寄与度とする、
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記加速度センサの個数ｍは計測すべき分力成分の数Ｍに等しい振動成分を検出できる個数であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記加速度センサの個数ｍは計測すべき分力成分の数Ｍより少ない振動成分を検出できる個数であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを用い、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に作用する分力を計測する多分力計測方法において、
実際の外力計測の場合、多分力検出器の分力信号値ＥＦｉと加速度センサの信号値ＥＡｊをそれぞれ求め、請求項１の方法で求めた係数Ｋｉｊを用い乗算値ＫｉｊＥＡｊを全てのｊについて加えた積算値で前記分力信号値ＥＦｉを引き算した値ＥＦｉ＊をｉ分力の外力信号値とし、ここでｉ＝１〜Ｍである、
ことを特徴とする多分力計測方法。
【請求項６】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを用い、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に作用する分力を計測する多分力計測方法において、
実際の外力計測の場合、多分力検出器の分力電気信号値ＥＦｉと加速度センサの信号値ＥＡｊをそれぞれ求め、請求項２の方法で求めた係数Ｋｉｊを用い乗算値ＫｉｊＥＡｊを全てのｊについて加えた積算値で前記分力信号値ＥＦｉを引き算した値ＥＦｉ＊をｉ分力の外力信号値とし、ここでｉ＝１〜Ｍである、
ことを特徴とする多分力計測方法。
【請求項７】
前記加速度センサの個数ｍは計測すべき分力成分の数Ｍに等しい振動成分を検出できる個数であることを特徴とする請求項５または６に記載の多分力計測方法。
【請求項８】
前記加速度センサの個数ｍは計測すべき分力成分の数Ｍより少ない振動成分を検出できる個数であることを特徴とする請求項５または６に記載の多分力計測方法。
【請求項９】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを備え、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に加わる分力を計測する多分力計測装置において、
前記多分力検出器と加速度センサのアナログ出力信号をそれぞれ対応するデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
所要の数値や数式を入力する入力手段と、
請求項１の方法に従い係数Ｋｉｊを決定する演算プログラムを保管する記憶手段と、
前記演算プログラムに従いデジタル加速度信号値およびデジタル分力信号値から係数Ｋｉｊをデジタル値として算出する演算処理手段と、
演算処理手段で算出されたデジタル係数Ｋｉｊを各アナログ加速度信号値ＥＡｊに乗算するため、デジタル・アナログ変換器の乗算回路、加速度成分ｊの全てについて前記乗算値ＫｉｊＥＡｊを加算する加算回路およびｉ分力のアナログ信号値ＥＦｉから全加速度成分で加算した前記乗算値ＫｉｊＥＡｊを引き算してｉ分力のアナログ外力信号値ＥＦｉ＊とする引算回路でアナログ構成された回路手段と、から成る電気処理装置を備えていることを特徴とする多分力計測装置。
【請求項１０】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを備え、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に加わる分力を計測する多分力計測装置において、
前記多分力検出器と加速度センサのアナログ出力信号をそれぞれ対応するデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
所要の数値や数式を入力する入力手段と、
請求項２の方法に従い係数Ｋｉｊを決定する演算プログラムを保管する記憶手段と、
前記演算プログラムに従いデジタル加速度信号値とデジタル分力信号値から係数Ｋｉｊをデジタル値として算出する演算処理手段と、
演算処理手段で算出されたデジタル係数Ｋｉｊを各アナログ加速度信号値ＥＡｊに乗算するため、デジタル・アナログ変換器の乗算回路、加速度成分ｊの全てについて前記乗算値ＫｉｊＥＡｊを加算する加算回路およびｉ分力のアナログ信号値ＥＦｉから全加速度成分で加算した前記乗算値ＫｉｊＥＡｊを引き算して・分力のアナログ外力信号値ＥＦｉ＊とする引算回路でアナログ構成された回路手段と、から成る電気処理装置を備えていることを特徴とする多分力計測装置。
【請求項１１】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを備え、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に加わる分力を計測する多分力計測装置において、
前記多分力検出器と加速度センサのアナログ出力信号をそれぞれ対応するデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
所要の数値や数式を入力する入力手段と、
請求項１の方法に従い係数Ｋｉｊを決定する第一演算プログラムおよび請求項５の多分力計測方法に従いデジタル加速度信号値ＥＡｊとデジタル分力信号値ＥＦｉから計測すべきｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊を求める第二演算プログラムを保管する記憶手段と、
第一演算プログラムに従いデジタル加速度信号値とデジタル分力信号値から係数Ｋｉｊをデジタル値として算出し、第二演算プログラムに従いｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊をデジタル値として求める演算処理手段と、
から成る電気処理装置を備えていることを特徴とする多分力計測装置。
【請求項１２】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器と、前記接続部材に固定されｍを正の整数とするｍ個の加速度センサとを備え、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に加わる分力を計測する多分力計測装置において、
前記多分力検出器と加速度センサのアナログ出力信号をそれぞれ対応するデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
所要の数値や数式を入力する入力手段と、
請求項２の方法に従い係数Ｋｉｊを決定する第一演算プログラムおよび請求項６の多分力計測方法に従いデジタル加速度信号値ＥＡｊとデジタル分力信号値ＥＦｉから計測すべきｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊を求める第二演算プログラムを保管する記憶手段と、
第一演算プログラムに従いデジタル加速度信号値とデジタル分力信号値から係数Ｋｉｊをデジタル値として算出し、第二演算プログラムに従いｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊をデジタル値として求める演算処理手段と、
から成る電気処理装置を備えていることを特徴とする多分力計測装置。
【請求項１３】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器を含み出力信号をデジタル信号ＥＦｉとして出力する多分力検出装置と、ｍを正の整数とするｍ個の加速度センサを含み出力信号をデジタル信号ＥＡｊとして出力する加速度計測装置とを備え、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に加わる分力を計測する多分力計測装置において、
所要の数値や数式を入力する入力手段と、
請求項１の方法に従い係数Ｋｉｊを決定する第一演算プログラムおよび請求項５の多分力計測方法に従いデジタル加速度信号値ＥＡｊとデジタル分力信号値ＥＦｉから計測すべきｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊を求める第二演算プログラムを保管する記憶手段と、
第一演算プログラムに従いデジタル加速度信号値とデジタル分力信号値から係数Ｋｉｊをデジタル値として算出し、第二演算プログラムに従いｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊をデジタル値として求める演算処理手段と、
から成る電気処理装置を備えていることを特徴とする多分力計測装置。
【請求項１４】
接続部材を介して計測対象物と基準部の間に固定されＭが２以上で６以下であるＭ種の分力を計測する多分力検出器を含み出力信号をデジタル信号ＥＦｉとして出力する多分力検出装置と、ｍを正の整数とするｍ個の加速度センサを含み出力信号をデジタル信号ＥＡｊとして出力する加速度計測装置とを備え、接続部材に加わる振動による慣性力を排除した条件下で計測対象物に加わる分力を計測する多分力計測装置において、
所要の数値や数式を入力する入力手段と、
請求項２の方法により係数Ｋｉｊを決定する第一演算プログラムおよび請求項６の多分力計測方法に従いデジタル加速度信号値ＥＡｊとデジタル分力信号値ＥＦｉから計測すべきｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊を求める第二演算プログラムを保管する記憶手段と、
第一演算プログラムに従いデジタル加速度信号値とデジタル分力信号値から係数Ｋｉｊをデジタル値として算出し、第二演算プログラムに従いｉ分力の外力信号値ＥＦｉ＊をデジタル値として求める演算処理手段と、
から成る電気処理装置を備えていることを特徴とする多分力計測装置。
【請求項１５】
前記加速度センサの個数ｍは計測すべき分力成分の数Ｍに等しい振動成分を検出できる個数であることを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項に記載の多分力計測装置。
【請求項１６】
前記加速度センサの個数ｍは計測すべき分力成分の数Ｍより少ない振動成分を検出できる個数であることを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項に記載の多分力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は多分力検出器と加速度計を組み合わせて分力を測定する多分力計測方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の技術分野で多分力検出器を用いた計測が広く行われるようになってきている。多分力検出器はＸ，Ｙ，Ｚ三軸それぞれに作用する分力、つまり力ＦX,ＦY,ＦZ およびモーメントＭX,ＭY,ＭZ として検出し、当該部位に作用する総合的な力の状態を的確に計測するために使用される。この場合、多分力検出器の取り付けられる固定台部分に望ましくない振動が加わったり、あるいは特定な振動が加わっていると、その振動の影響が測定誤差となって現れることになり、正しい計測はできない。
【０００３】
特開昭６２−１０２１２８号公報には上記の問題を克服する一つの方法が提案されている。ここで、図１を参照して一次元計測法でその原理を簡単に説明する。特定な対象物に装着された多分力検出器１が固定台に載っていて、この固定台に加速度計３が装着されている。多分力検出器１および加速度センサ３には測定対象範囲外の高周波信号成分の除去とインピーダンスを変換するため初段増幅器２と４がそれぞれ後続している。更に、加速度センサ３用の初段増幅器４には可変抵抗ＶＲ1 による利得調整と信号反転を行う調整器５が付属している。加算部６で前記多分力検出器１の出力から前記加速度センサ３の反転出力が加算される。つまり実質上両出力信号の差を形成する。差信号は更に可変増幅器７のところで可変抵抗ＶＲ2 により適当な出力に変換され、出力端８から外部に供給される。この場合、多分力検出器１には負荷が加わっていなら、固定台の受ける振動による慣性力のみが作用する。従って、多分力検出器１と加速度センサ３の出力信号を適切に調整すれば、両方の出力信号は相殺される。それ故、固定台に振動が加わっていても、振動による慣性力を除去した負荷だけによる生の分力を出力端８で得ることができる。
【０００４】
しかし、振動は直線運動とは限らない。実際の計測では回転を伴う場合が多い。このような状況の最も簡単な例を図２と図３に基づき説明する。図２には風洞１０内の航空機模型１１に作用する分力（矢印で示す風の流れ方向をＸ方向としＦX と表す）を測定する配置を示す。模型１１はストラット１３を介して分力検出器１２に連結し、更にこのストラット１３は地面１５の上に載置された固定台１４の上に固定配置されている。この場合、振動は矢印αで暗示的に示す直線運動と矢印βで暗示的に示す回転運動が加わる。模型１１の重心に加速度センサを配置できれば、回転振動の影響を除くことができるが、一般にそのような加速度センサの配置は実用上不可能である。
【０００５】
無負荷状態、つまり模型１１に風を当てない状態で分力検出器１２もしくは模型１１に加わる複合加速度を求めるため、図２に示すように、ストラット１３の二個所Ｐ1 とＰ2 にそれぞれ一つの単一方向用の加速度センサを装着し、両者の検出信号から直線方向と回転方向の加速度を求めることができる。図２の配置で固定台１４に加わる振動の影響を除去するため、図３ａに示す信号処理を用いる。分力検出器１２，加算部２５，可変増幅器２６および出力端２７の配置は、図１の分力器側の回路と同じである。ストラット１３の個所Ｐ1 とＰ2 に配置された加速度計Ａ1 とＡ2 の検出出力信号は対応する初段増幅器２２と２３に導入される。直線運動αの加速度は加速度センサＡＣ1 とＡＣ2 の検出出力信号の和に比例し、回転運動βの加速度センサＡＣ1 とＡＣ2 の出力信号の差に比例する。分力検出器２１に働く両方の運動α，βによる複合加速度は和信号と差信号にそれぞれ適当な重みを付けた加算値として表せる。つまり、この加速度が振動方向の慣性力に相当する。調整回路２４はこれ等の係数を決めるもので、更に詳しくは図３ｂに示すように、加速度センサＡＣ1 とＡＣ2 の出力電流を演算増幅器Ａ5 の反転入力端にそれぞれ対応する可変抵抗ＶＲa,ＶＲb で適当に可変して流し込み、振動による慣性力を除去する。
【０００６】
一般に、加速度計は多分力検出器ほど性能が優れていない。特に、相互干渉度（例えばＸ方向の加速度センサがＹ方向の加速度の影響を受ける度合い）は２〜３％である。これに反して、多分力検出器の相互干渉度は± 0.1％の程度である。また、振動も上記のように模型を前後方向に動かす直線振動や回転振動だけとは限らない。このような相互干渉度に鑑み、単一方向用の最大で６つの加速度センサを用いるべきである。しかし、加速度センサの個数が増大すると、調整時の試行錯誤の回数が著しく増大し、実用上実行不可能である。特に測定対象物の数カ所で同時に同様な計測を行う必要がある場合には人力で調整することはもはや不可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、多分力検出器の固定台に望ましくない振動が加わっていたり、あるいは振動を強制的に加えている場合、振動による慣性力の寄与を除去した状態の多分力を簡単に、早く、しかも極めて高精度で計測できる多分力計測方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、請求項１または２に規定する慣性力に対する加速度成分の寄与度決定方法により解決されている。
【０００９】
更に、上記の課題は、この発明により、請求項５または６の多分力計測方法により解決されている。
【００１０】
更に、上記の課題は、この発明により、請求項９〜１４の何れか１項による多分力計測装置により解決されている。
【００１１】
この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図４〜６を参照し６成分の加速度を検出して６分力を計測するこの発明の最も一般的な多分力計測装置の機能を説明する。
【００１３】
図４に示すように、加速度センサＡＣ1 〜ＡＣ6 と付属する初段増幅器ＰＡ1 〜ＰＡ6 が、例えば長方形のブロックの中に組み込まれている加速度検出部ＡＡの回路と、初段増幅器ＰＡ1 〜ＰＡ6 の出力信号をインターフェースＩＦ1 〜ＩＦ6 で受けアナログ・デジタル変換器ＡＤ1 〜ＡＤ6 でデジタル信号に変換するデジタル加速度処理部ＢＢの回路とを用意する。このようは配置では加速度検出部ＡＡの出力端ＣＴ1 〜ＣＴ6 からアナログ加速度信号が出力され、デジタル加速度処理部ＢＢの出力端からデジタル加速度信号がバスＣＳを介して次に述べる演算処理部に供給される。
【００１４】
次に、６分力ＦX,ＦY,ＦZ,ＭX,ＭY,ＭZ を測定する検出部Ｓ1 〜Ｓ6 を取り付けた固定台と、この固定台またはこの固定台に固定連結する部材中に配置された上記加速度検出部ＡＡを用い、実際の分力測定の前に測定分力に対する振動の影響を相殺する試験モード処理を説明する。
【００１５】
図５に示すように、各分力検出部Ｓ1 〜Ｓ6 にはそれぞれ対応する初段増幅器ＱＡS1〜ＱＡS6，加算部Ｃ1 〜Ｃ6 と可変増幅器ＶＡ1 〜ＶＡ6 が順次接続され、出力端Ｏ1 〜Ｏ6 に最終的な分力成分に相当する信号がそれぞれ出力する。加算部Ｃ1 〜Ｃ6 には、次に説明するように、加速度センサの検出信号を適当に処理した信号が導入され、分力検出部Ｓ1 〜Ｓ6 の出力信号から振動成分に相当する信号をそれぞれ除去する。
【００１６】
加速度検出部ＡＡの出力端ＣＴ1 〜ＣＴ6 から加速度信号が対応する調整器ＲＧ1 〜ＲＧ6 の入力端に導入される。ここで、入力された各加速度信号に適当な係数を掛けて加算し、各調整器ＲＧ1 〜ＲＧ6 の出力端ＯＬ1 〜ＯＬ6 に出力し、この出力信号をそれぞれ当該分力に対応する加算部Ｃ1 〜Ｃ6 に導入する。
【００１７】
ここで、問題となるのは試験モードで上記の係数をどのように決定するかにある。この発明によれば、これをマイクロプロセッサの助けにより二進デジタル信号処理で実行する。各分力検出部Ｓ1 〜Ｓ6 の分力信号は導線Ｌ1 〜Ｌ6 を介してデジタル演算処理部ＤＤに導入される。同時にデジタル加速度処理部ＢＢから加速度センサの出力信号に対応するデジタル信号もデジタル導線ＣＳを介してデジタル演算処理部ＤＤに導入される。
【００１８】
デジタル演算処理部ＤＤでは、図６に示すように、導線Ｌ1 〜Ｌ6 を介して供給された分力信号をそれぞれインターフェース、例えばサンプル・ホールド回路ＩＧ1 〜ＩＧ6 に導入した後、更に対応するアナログ・デジタル変換器ＡＤ1 〜ＡＤ6 でデジタル化する。この発明によれば、実際に分力測定を行う前の試験モードの時、つまり無負荷状態で分力を測定する時にデジタル加速度処理部ＢＢからバスＣＳを介して供給されたデジタル加速度信号の各々に適当なデジタル係数値を掛け算して全て加算し、加算値が先に求めたデジタル分力信号と一致するような、係数を各分力に対して見つける。この演算はデジタル演算処理部ＤＤ内のマイクロプロセッサμＰおよび付属する記憶器ＲＯＭとＲＡＭを用いて行う。
【００１９】
デジタル演算は内蔵されている発振器ＯＳと付属する分周器ＤＶにより発生させた特定のクロック信号に基づき行われる。周知のようにＲＡＭには演算途中の値が一時保管され、ＲＯＭには制御シーケンスやこの発明の主要部である上記係数の決定を実行するプログラムが書き込まれている。各分力に対してこのようにして求めたデジタル係数値をバッファＨ1,バスＢＳ1 を介して対応する調整器ＲＧ1 の内部の係数回路Ｐ11〜Ｐ16に導入する。これ等の係数回路Ｐ11〜Ｐ16はデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）で形成されていて、図６に示すように、ＤＡＣの基準信号入力端に加速度検出部ＡＡの出力端ＣＴ1 〜ＣＴ6 の加速度信号を導入し、バスＢＳ1 から供給されたデジタル係数値をＤＡＣのデジタル入力端に入力して、各加速度信号に特定な値を乗算した出力信号が出力端から出力される。これ等の乗算出力信号を演算増幅器Ａ12から成る加算回路で加算して、調整器ＲＧ1 の出力端ＯＬ1 に出力する。
【００２０】
次に、上に述べた係数決定の演算の考え方を説明する。各加速度計の振幅の周波数特性、位相の周波数特性が理想的であり、かつ方向性に関する干渉特性が線形である場合を考える。この時はｎ個の振動状態について各々代表的な一点のみを考えればよい。図４に示した加速度検出部ＡＡの出力端ＣＴ1 〜ＣＴ6 から出力する加速度センサＡＣ1 〜ＡＣ6 の加速度信号をＥＡ1 〜ＥＡ6 とし、分力検出器Ｓ1 〜Ｓ6 に対する初段増幅器ＱＡ1 〜ＱＡ6 の分力信号をＥＦ1 〜ＥＦ6 とする。ここで、係数Ｋij（ｉ＝１〜６，ｊ＝１〜６）を導入し、分力Ｆi に対する仮想加速度信号ＳＡi を
【００２１】
【外１】
0004782914.tif 000002
と定める。ＥＡi,ＥＦi,ＳＡi (i＝１〜６）をそれぞれベクトルＥＡ，ＥＦ，ＳＡ
【００２２】
【外２】
0004782914.tif 000003
で表すことにする。更に、係数Ｋij（i ＝１〜６， j＝１〜６）を６×６成分の行列 [Ｋ] にして
【００２３】
【外３】
0004782914.tif 000004
と表すことができる。このベクトル・行列表示を用いると、式(1) は
ＳＡ＝ [Ｋ] ＥＡ                                    (4)
となる。
【００２４】
試験モードで互いに異なる６つの振動状態の加速度出力信号ＥＡ(m) および分力出力信号ＥＦ(m) （ｍ＝１〜６）を測定する。これに応じて、式 (4)により対応する仮想加速度ＳＡ(m) （ｍ＝１〜６）が求まる。ここで、ベクトルＥＡ(1) ，ＥＡ(2) , ... , ＥＡ(6) をこの順に並べると、６×６成分の行列
【００２５】
【外４】
0004782914.tif 000005
を加速度行列として定義できる。同様な手順で、分力行列 [ＥＦ] および仮想加速度行列 [ＳＡ] も定義できる。この行列を用いれば、式(4) は
[ＳＡ] ＝ [Ｋ] ・ [ＥＡ]                             (6)
と表せる。
【００２６】
試験モードで多分力検出器から求めた各分力信号の大きさと加速度センサの対応する合成分力の大きさが一致していれば、加算器Ｃ1 〜Ｃ6 で互いに相殺され、振動による信号成分を分力信号から除去できる。言い換えれば、係数 [Ｋ] が適切に選択されていれば、互いに異なる６つの振動状態のとき仮想加速度信号は多分力検出器で求めた分力信号に一致しなければならない。即ち、
[ＳＡ] ≡ [ＥＦ]                                     (7)
でなくてはならい。従って、式(6) と式(7) から、係数[Ｋ] は
[Ｋ] ＝ [ＳＡ] ・ [ＥＡ] -1                          (8)
として求まる。ここで [ ]-1は逆行列を意味する。
【００２７】
通常の場合は、各々の加速度計に振幅・位相の周波数特性の相違があり、また多分力検出器の対応する周波数特性も異なる。加速度計の干渉特性にも非線形性が含まれている。また、電気雑音、アナログ・デジタル変換器の変換器誤差などある。更に、同一加振状態を設定して加振しても、加振波形は正しい正弦波とはならず、その周波数、振幅も機械的な限界があり、厳密には一定にすることは困難である。このように実際には誤差の要因が複雑に絡まっているので、考え方は同じでも作業は単純にはならない場合が多い。このような場合には同一振動状態でも振幅や周波数の条件を変え、その各々条件内でもデータのサンプリング数をできる限り多くおり、係数 [Ｋ] の精度を高める必要がある。サンプリング数としては数百〜数千点が必要となる場合がある。
【００２８】
係数 [Ｋ] を求めるには種々の方法が考えられるが、その一例として最小二乗法がある。この方法ではデータのサンプリング総数＝Ｗ（ｖ＝１〜Ｗ），ｉ成分の分力に対する誤差の二乗和Ｄi 
【００２９】
【外５】
0004782914.tif 000006
を求め、Ｄi が最小になる係数Ｋijを求める。即ち、
【００３０】
【外６】
0004782914.tif 000007
を満たすＫijを求める。
【００３１】
試験モードで係数 [Ｋ] が式(8) として、または式 (10) の解から求まれば、これを用いて実際の多分力計測で固定台に加わる振動による慣性力を除去した分力Ｆ* を求めることができる。この分力Ｆ* に相当する電気分力信号値ＥＦ* は多分力検出器が実際に測定する電気分力信号値ＥＦと加速度センサの測定する電気加速度信号値ＥＡから、
ＥＦ* ＝ＥＦ− [Ｋ] ＥＡ                                 (11)
として求めることができる。
【００３２】
上記の例は多分力検出器の分力成分を６とし、これに応じて使用する加速度センサの総数が６であるとして説明した。しかし、実際には６分力を計測する必要がなく、それに応じて加速度センサの総数が６以外の場合も生じる。また、測定すべき分力の成分が６であっても、加速度センサを配置する占有スペースや被測定対象物の形状等のために、６個以上の加速度センサを使用しなければ、必要な全ての加速度成分を計測できない場合もある（これについては次の段落で説明する）。このような場合でも、試験モードで測定する独立した振動状態の個数をｍ（≠６）とし、また式(1) で加速度センサについての加算指数ｊを１からｍまでとすると、 [Ｋ] を求めることができる。この時の [Ｋ] は
【００３３】
【外７】
0004782914.tif 000008
となる。この時、前述べの式(1) は
【００３４】
【外８】
0004782914.tif 000009
となる以外は、式(2) 〜(8) は同じ形で表せる。
【００３５】
６成分の加速度を測定できる加速度センサの望ましい配置は、特開平９−７２８０２号公報のように、立方体のブロックに６個の加速度センサを図７(a) に示すように配置し、その感度方向は図示のようにする。つまりＸ，Ｙ，Ｚ軸上にそれぞれ間隔を保って二つの加速度センサＡY,ＡY',ＢZ,ＢZ',ＣX,ＣX' を配置し、感度方向は下付指数で指定する方向にある。つまり、上記の場合それぞれＹ，Ｚ，Ｘの方向である。このようにすると３つの直交方向の直線加速度に対応する信号αx,αY,αZ は、
【００３６】
【外９】
0004782914.tif 000010
であり、３つの直交方向の回転加速度に対応する信号αRx, αRY, αRZは、
【００３７】
【外１０】
0004782914.tif 000011
である。ここで、Ｓは対応するセンサの検出信号を意味する。
【００３８】
実際の計測では多分力検出器の固定台が、例えば縦方向（Ｚ軸方向）に著しく短くなる場合が往々生じる得る。そのような場合には、図７(a) のような加速度センサＣX,ＣX ′をＺ軸上に配置できず、例えば図７(b) の配置を採用することになる。上記の式 (14), (15) で採用した規則を各記号に適用すると、３つの直交方向の直線加速度に対応する信号αx,αY,αZ は、
【００３９】
【外１１】
0004782914.tif 000012
となり、３つの直交方向の回転加速度に対応する信号αRx, αRY, αRZは、
【００４０】
【外１２】
0004782914.tif 000013
となる。結局、式 (16) と (27) から分かるように、このような配置では３つの直交方向の直線および回転加速度に対して加速度センサの個数を６にすることは実際には不可能で８となる。
【００４１】
この発明によれば、図６のデジタル演算処理部ＤＤの記憶器ＲＡＭおよび／またはＲＯＭに式 (8)の係数Ｋおよび／または式 (10) の解の係数Ｋの演算、および式 (11) による実効分力の演算に相当するプログラムを保管する。もちろん、試験モードでの処理で何れの演算を実行するかは、図示していない表示手段や外部入力手段を用いて指定でき、その時に必要なパラメータの値をサンプリングする手順や、試験モードで予め求めた調整係数値や、調整器ＲＧi のデジタル・アナログ変換器Ｐi1, Ｐi2, ...,Ｐi6（ｉ＝１〜６）に調整係数値を送る手順も記憶器ＲＯＭに書き込んでおく必要がある。
【００４２】
図４〜６に示した実施例では、分力および加速度をアナログ信号で処理し、係数調整のみをデジタル処理する方式である。この方式以外に、多分力検出器と加速度センサで検知し、初段増幅器で増幅した信号をその後全てデジタルで処理する方式も考えられる。この方式でも調整係数の決定は図６に示したデジタル演算回路ＤＤと同じ演算処理に従い、出力端ＣＴ1 〜ＣＴ6 のアナログ出力信号を使用しないでデジタル加速度処理部ＢＢのデジタル信号のみを使用し、全てデジタル演算回路ＤＤの中で処理される。出力信号はデジタルでも、またアナログでも出力できる。後者の場合では、デジタル出力信号を最終段の回路中のＤＡＣでアナログ信号に変換する。
【００４３】
以上の説明では６分力について６加速度成分検出システムを用いて６成分の振動の影響を除去する最も一般的な説明を行った。しかし、実際の計測では以下の３つの場合も想定される。
【００４４】
（１）ある特定な運動成分の振動が全く含まれないかあるいは無視できるほど
小さい。
【００４５】
（２）ある特定な運動成分の振動を含めたまま分力を計測する。
【００４６】
（３）ある特定な運動成分もしくは全ての運動成分の振動を除去した状態と除
去しない状態での分力を必要に応じてその都度切り換えて計測する。
【００４７】
上記（１）と（２）の場合には、対応する加速度成分を計測する加速度センサを排除し、振動成分を含めた状態で計測を行う。このため、不要な加速度センサの個数と付属する回路素子の部品点数を低減できる。同時に、引き算処理と関連する計算プログラムを簡素化でき、演算速度を高めることができる。これに対して、上記（３）の場合には、今まで説明した振動除去回路構成にあって、特定なもしくは全ての振動成分の振動の影響を引算する回路を使用するか使用しないかを選定する切換スイッチを対応する分力信号経路に設ける。
【００４８】
図４〜６に例示的に示した回路は、説明の都合上、最も典型的なアナログ回路、例えば電流加算を実施する演算増幅器を使用したが、その他の適当な回路も採用でき、更にデジタル回路で加速度信号のデジタル加速度処理部ＢＢと総合的なデジタル演算処理部ＤＤを別々の構成要素として説明したが、これ等は実際には一体にすべきものである。また、記憶器ＲＡＭ，ＲＯＭをそれぞれ１個用いた回路で説明したが、実際に種々のものを使用する必要がある。特に最近のデジタル回路技術の進歩により、デジタル処理部を科学計算専用の市販の回路ボードで構成することもでき、必要であれば、このデジタル処理部を表示ユニットや入出力ユニットを保有しているパソコンで構成することもできる。この場合、記憶器ＲＯＭはパソコンに内蔵されている外部記憶装置、例えばフロッピーディスクおよび／またはハードディスク装置で代用できる。このように種々の変形、改良等が考えられる。しかし、特許請求の範囲に規定する構成を備えた方法や装置は全てこの発明の範疇に属することは言うまでもない。
【００４９】
【実施例】
図８に示す自動車に振動を加えるシステムに対してこの発明による装置を実際に適用した。自動車５０の各車輪５１1,５１2 に独立して振動を加えるため加振装置５６1,５６2 を用い、加振装置の上にＺ方向とＹ方向の分力を検知する二分力検出器５４1,５４2 をそれぞれ載置し、この検出器の上の支持板５２1,５２2 にそれぞれ車輪５１1,５１2 を載せた。更に、加振装置にＺ方向とＹ方向の加速度を検出する２成分加速度検出器（図示せず）を装備し、加速度検出器の検出信号を図３に示すような調整器２４を配置し、調整係数を調整して二分力検出器５４1,５４2 の出力から振動による寄与を除去する試験を行った。
【００５０】
各車輪５１に対して二分力検出器５４を用いてＺ方向に周波数 14 Ｈz の純正弦波状の振動を加えた時のＦZ とＦY 分力をそれぞれ測定した。図９にその様子を示す。ＦY 分力は所謂干渉効果により生じたもので、ＦZ 分力より約 100分の１だけ小さい。更に、加速度検出器の検出信号に適当な係数を掛けて対応する分力とし、先に二分力検出器で求めた値からこの対応する分力を引き算した。最適に調整された状態での合成分力を図１０に示す。この時のＦZ 分力は補償なしの場合に比べて約 100分の１に低減している。ＦY 分力（14 mＶ＝ 1.4Ｎ）は増幅器の動作限界範囲（５ mＶ＝ 0.5Ｎ）まで低減させることができた。二つの調整係数の設定には、図３の中の可変抵抗器ＶＲa,ＶＲb （ポテンシオメータ）を使用した。僅か二方向であっても互いに干渉があるため、手動調整では十数分間の時間を必要とした。しかし、この発明の回路を採用したら殆ど瞬時に最良調整状態を実現できた。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の多分力計測装置により、多分力検出器の固定台に望ましくない振動が加わっていたり、あるいは振動を強制的に加えている場合、分力を簡単に、早く、しかも極めて高精度で計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的な従来のシステムの回路図、
【図２】  二成分の分力計測システムの模式配置図、
【図３】  図２で採用するシステム構成を示す回路図、
【図４】  加速度検出器部とデジタル処理部の構成を示す回路図、
【図５】  この発明によるシステムの全体構成を示す回路図、
【図６】  図５の回路で１分力の成分に対する係数調整と付属する演算処理部の回路図、
【図７】  加速度センサを設置する場合の二つの代表的な配置、
【図８】  自動車の車輪に対する加振試験の模式側面図、
【図９】  振動の寄与を除去していない場合の二分力の測定データ、
【図１０】  振動の寄与を相殺した場合の二分力の測定データである。
【符号の説明】
Ｓ1 〜Ｓ6         分力検出器
ＡＣ1 〜ＡＣ6     加速度センサ
ＰＡ1 〜ＰＡ6     初段増幅器
ＱＡ1 〜ＱＡ6     初段増幅器
ＶＡ1 〜ＶＡ6     可変増幅器
ＡＤ1 〜ＡＤ6     アナログ・デジタル変換器
ＩＦ1 〜ＩＦ6     インターフェース（サンプル・ホールド回路）
ＡＡ              加速度検出部
ＢＢ              デジタル加速度処理部
ＤＤ              デジタル演算処理部
ＲＧ1 〜ＲＧ6     調整器
Ｃ1 〜Ｃ6         加算部
Ｐ11〜Ｐ66        係数回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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