(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属棒側面に歪ゲージを貼ると共に端面に校正評価を行う加速度センサを固定し、
同心円状の複数の飛翔体を金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させ、
前記金属棒の他端面で発生した弾性波パルスが前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度を前記加速度センサ及び歪ゲージの入力信号とし、
前記いずれかの入力信号を前記加速度センサと歪ゲージとで計測し、
前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、
前記演算した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行うことを特徴とする加速度センサの校正評価方法。
【請求項２】
金属棒端面に校正評価を行う加速度センサを固定し、
前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計を配置し、
同心円状の複数の飛翔体を金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させ、
前記金属棒の他端面で発生した弾性波パルスが前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度を前記レーザ干渉計及び前記加速度センサの入力信号とし、
前記いずれかの入力信号を前記加速度センサとレーザ干渉計とで計測し、
前記レーザ干渉計の計測値を演算することにより加速度を求め、
前記演算した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行うことを特徴とする加速度センサの校正評価方法。
【請求項３】
金属棒側面に歪ゲージを貼ると共に端面に校正評価を行う加速度センサを固定し、
前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計を配置し、
同心円状の複数の飛翔体を金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させ、
前記金属棒の他端面で発生した弾性波パルスが前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度を前記歪ゲージ及び前記レーザ干渉計並びに前記加速度センサの入力信号とし、
前記いずれかの入力信号を前記歪ゲージと前記加速度センサと前記レーザ干渉計とで計測し、
前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、
前記レーザ干渉計の計測値により前記歪ゲージの動特性に関する補正関数を用いて前記歪ゲージの演算により求めた加速度を補正し、
前記補正した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行うことを特徴とする加速度センサの校正評価方法。
【請求項４】
前記歪ゲージの計測値の演算と共に、前記歪ゲージ出力に下記（１５）式の補正関数を、下記（１０）式にかけることによって加速度センサの伝達関数を求めることにより誤差補正を行うことを特徴とする請求項３記載の加速度センサの校正評価方法。
【数１３】
0004304325.tif 000021
（１０）
【数１９】
0004304325.tif 000022
（１５）
但し、上記式においてＧCL（Ｊω）は補正関数、εｒは代表位置のゲージ出力、εｉＬはレーザ干渉計で計測した端面の速度から求められる端面に入射するひずみ、Ｌ１は衝突端からゲージまでの距離、Ｌは棒全体の長さ、Cは弾性波の伝ぱ速度、である。
【請求項５】
前記加速度センサの校正評価は、加速度センサの動的変位検出機能、速度検出機能、加速度検出機能のいずれかの機能に関する、前記加速度センサのゲイン‐周波数特性、位相‐周波数特性、またはピーク感度のいずれかを測定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価方法。
【請求項６】
前記歪ゲージを金属棒の側面に軸線方向に複数枚貼り、各歪ゲージの出力に対して、軸線方向の貼り付け位置の相違による位相の違いを一点での計測結果に変換することにより歪ゲージ信号のノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする請求項１、３、４、５項のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価方法。
【請求項７】
側面に歪ゲージを貼り、端面に校正評価を行う加速度センサを固定した金属棒と、
同心円状の複数の飛翔体を前記金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、
前記加速度センサ及び前記歪ゲージは、前記飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスが、前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度のいずれかを入力信号として該信号を計測するものであり、
前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、前記演算した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行う校正評価手段を備えたことを特徴とする加速度センサの校正評価装置。
【請求項８】
端面に校正評価を行う加速度センサを固定した金属棒と、
前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、
同心円状の複数の飛翔体を前記金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、
前記加速度センサ及び前記レーザ干渉計は、前記飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスが、前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度のいずれかを入力信号として該信号を計測するものであり、
前記レーザ干渉計の計測値を演算することにより加速度を求め、前記演算した加速度と前記加速度センサの計測値とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行う校正評価手段を備えたことを特徴とする加速度センサの校正評価装置。
【請求項９】
側面に歪ゲージを貼り、端面に校正評価を行う加速度センサを固定した金属棒と、
前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、
同心円状の複数の飛翔体を前記金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、
前記加速度センサ及び前記歪ゲージ並びに前記加速度センサは、前記飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスが、前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度のいずれかを入力信号として該信号を計測するものであり、
前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、前記レーザ干渉計の計測値により前記歪ゲージの動特性に関する補正関数を用いて前記歪ゲージの演算により求めた加速度を補正し、前記補正した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行う校正評価手段を備えたことを特徴とする加速度センサの校正評価装置。
【請求項１０】
前記歪ゲージの計測値の演算と共に、前記歪ゲージ出力に下記（１５）式の補正関数を、下記（１０）式にかけることによって加速度センサの伝達関数を求めることにより誤差補正を行う演算手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の加速度センサの校正評価装置。
【数１３】
0004304325.tif 000023
（１０）
【数１９】
0004304325.tif 000024
（１５）
但し、上記式においてＧCL（Ｊω）は補正関数、εｒは代表位置のゲージ出力、εｉＬはレーザ干渉計で計測した端面の速度から求められる端面に入射するひずみ、Ｌ１は衝突端からゲージまでの距離、Ｌは棒全体の長さ、Cは弾性波の伝ぱ速度、である。
【請求項１１】
前記加速度センサの校正評価手段は、加速度センサの動的変位検出機能、速度検出機能、加速度検出機能のいずれかの機能に関する、加速度センサのゲイン‐周波数特性、位相‐周波数特性、またはピーク感度のいずれかを測定することを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１２】
前記歪ゲージは金属棒の側面に軸線方向に複数枚貼ったものであり、各歪ゲージの出力に対して、軸線方向の貼り付け位置の相違による位相の違いを一点での計測結果に変換し、該変換結果により歪ゲージ信号のノイズを低減させる信号処理を行うノイズ低減手段を備えたことを特徴とする請求項７、９、１０、１１項のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１３】
前記歪ゲージは金属棒の側面に軸線方向に複数枚配置したものを更に円周方向に複数組配置して貼ったものであることを特徴とする請求項１２に記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１４】
前記複数の歪ゲージの出力に対して、軸線方向の貼り付け位置の相違による位相の違いを一点での計測結果に変換することにより歪ゲージ信号のノイズを低減させる信号処理手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１５】
前記飛翔体発射手段は、発射管の内部と外部に配した同心円状の複数の飛翔体を備えたことを特徴とする請求項７乃至請求項１４のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１６】
前記発射管は同心円状の多重の発射管とし、中心の発射管内部と各発射管の間隙に同心円状の複数の飛翔体を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１７】
前記飛翔体発射手段は、複数の飛翔体を所定時間間隔で独立して発射させる発射制御装置を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１８】
前記発射管の表面に飛翔体との摩擦を低減する表面処理を施したことを特徴とする請求項１５に記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項１９】
前記金属棒は丸棒であることを特徴とする請求項７乃至請求項１８のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項２０】
前記飛翔体先端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７乃至請求項１９のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項２１】
弾性波伝播理論の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みから、歪ゲージへの入力となる過渡歪み信号を求める際に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項、または更に精度を上げるためにスカラクの解析解の２次以上の項も用いることを特徴とする請求項７乃至請求項２０のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【請求項２２】
前記金属棒の他端面に金属球を接触させ、飛翔体を該金属球に衝突させることを特徴とする請求項７乃至請求項２１のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両衝突時の安全性検査のため、或いはロボット、輸送機器、原子力発電関連諸機器、船舶、宇宙航空機器等で発生する衝撃加速度を検出するための加速度センサを、正確且つ容易に評価するための、加速度センサの校正評価方法及びその方法を実施する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加速度センサのうち、例えば車両衝突時の安全性検査のため、或いはロボット、輸送機器、原子力発電関連諸機器、船舶、宇宙航空機器等で発生する衝撃加速度を検出するために衝撃加速度センサが広く用いられている。このような衝撃加速度センサの校正評価を行うに際しては、従来は加速度センサを一次元振動台に設置し、振動台の運動をレーザ干渉計で測定する手法が最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。しかしながら、この評価手段では高加速度を発生することができず、また寄生横振動の影響が存在して不正確な評価とならざるを得ない。
【０００３】
また、このような衝撃加速度センサの校正評価を行う際に、衝撃加速度を発生させる装置が必要であり、そのため従来は、１本の発射管から金属製飛翔体を発射させて金属棒端面に衝突させ、この金属棒の他端面に加速度センサを取り付け、前記金属棒端面に衝突した飛翔体によって内部に発生した弾性波パルスが、加速度センサを取りつけた金属棒の他端面で反射する際に発生する衝撃加速度によって加速度センサの周波数特性を評価する手法が本件出願人により提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
衝撃加速度を評価するための上記の手法では、単に一本の発射管から金属製飛翔体を発射させて金属棒に衝突させるのみであるので、継続的な衝撃加速度を発生させることができず、特に発生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過ぎたり、周波数帯域が広すぎるという欠点があった。
【０００５】
したがって本発明は、衝撃加速度を検出する加速度センサの動的応答特性評価に際して、従来の振動台を用いた評価手法の前記問題点を解決し、更に、衝撃加速度波形、周波数帯域幅を自由に制御することが可能な加速度センサの校正評価方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、請求項１に係る発明においては、金属棒側面に歪ゲージを貼ると共に端面に校正評価を行う加速度センサを固定し、同心上の複数の飛翔体を金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させ、前記金属棒の他端面で発生した弾性波パルスが前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度を前記加速度センサ及び歪ゲージの入力信号とし、前記いずれかの入力信号を前記加速度センサと歪ゲージとで計測し、前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、前記演算した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行うことを特徴とする加速度センサの校正評価方法としたものである。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、前記歪ゲージの計測値の演算と共に、弾性波理論に基づいて歪ゲージ出力に誤差補正を行うことを特徴とする請求項１記載の加速度センサの校正評価方法としたものである。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、金属棒端面に校正評価を行う加速度センサを固定し、前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計を配置し、同心上の複数の飛翔体を金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させ、前記金属棒の他端面で発生した弾性波パルスが前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度を前記レーザ干渉計及び前記加速度センサの入力信号とし、前記いずれかの入力信号を前記加速度センサとレーザ干渉計とで計測し、前記レーザ干渉計の計測値を演算することにより加速度を求め、前記演算した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行うことを特徴とする加速度センサの校正評価方法としたものである。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、金属棒側面に歪ゲージを貼ると共に端面に校正評価を行う加速度センサを固定し、前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計を配置し、同心上の複数の飛翔体を金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させ、前記金属棒の他端面で発生した弾性波パルスが前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度を前記歪ゲージ及び前記レーザ干渉計並びに前記加速度センサの入力信号とし、前記いずれかの入力信号を前記歪ゲージと前記加速度センサと前記レーザ干渉計とで計測し、前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、前記レーザ干渉計の計測値により前記歪ゲージの動特性に関する補正関数を用いて前記歪ゲージの演算により求めた加速度を補正し、前記補正した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行うことを特徴とする加速度センサの校正評価方法としたものである。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、前記歪ゲージの計測値の演算と共に、弾性波理論に基づいて前記歪ゲージ出力に誤差補正を行うことを特徴とする請求項４記載の加速度センサの校正評価方法としたものである。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、前記加速度センサの校正評価は、加速度センサの動的変位検出機能、速度検出機能、加速度検出機能のいずれかの機能に関する、前記加速度センサのゲイン‐周波数特性、位相‐周波数特性、またはピーク感度のいずれかを測定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価方法としたものである。
【００１２】
また、請求項７に係る発明は、前記歪ゲージを金属棒の側面に軸線方向に複数枚貼り、各歪ゲージの出力に対して、軸線方向の貼り付け位置の相違による位相の違いを波動伝播理論に基づいて一点での計測結果に変換することにより歪ゲージ信号のノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする請求項１、２、４、５、６項のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価方法としたものである。
【００１３】
また、請求項８に係る発明は、側面に歪ゲージを貼り、端面に校正評価を行う加速度センサを固定した金属棒と、同心上の複数の飛翔体を前記金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記加速度センサ及び前記歪ゲージは、前記飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスが、前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度のいずれかを入力信号として該信号を計測するものであり、前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、前記演算した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行う校正評価手段を備えたことを特徴とする加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００１４】
また、請求項９に係る発明は、前記歪ゲージの計測値の演算と共に、弾性波理論に基づいて歪ゲージ出力に誤差補正を行う演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００１５】
また、請求項１０に係る発明は、端面に校正評価を行う加速度センサを固定した金属棒と、前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、同心上の複数の飛翔体を前記金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記加速度センサ及び前記レーザ干渉計は、前記飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスが、前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度のいずれかを入力信号として該信号を計測するものであり、前記レーザ干渉計の計測値を演算することにより加速度を求め、前記演算した加速度と前記加速度センサの計測値とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行う校正評価手段を備えたことを特徴とする加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００１６】
また、請求項１１に係る発明は、側面に歪ゲージを貼り、端面に校正評価を行う加速度センサを固定した金属棒と、前記金属棒端面にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、同心上の複数の飛翔体を前記金属棒の他端面に所定時間間隔をもって衝突させて金属棒内部に合成衝撃加速度波形の弾性波パルスを発生させる飛翔体発射手段と、前記加速度センサ及び前記歪ゲージ並びに前記加速度センサは、前記飛翔体の衝突により発生した弾性波パルスが、前記加速度センサを固定した端面に到達し反射する過程で発生する前記端面に垂直な方向の動的変位、速度、加速度のいずれかを入力信号として該信号を計測するものであり、前記歪ゲージの計測値を演算することにより加速度を求め、前記レーザ干渉計の計測値により前記歪ゲージの動特性に関する補正関数を用いて前記歪ゲージの演算により求めた加速度を補正し、前記補正した加速度と前記加速度センサの出力とを比較することにより該加速度センサの校正評価を行う校正評価手段を備えたことを特徴とする加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００１７】
また、請求項１２に係る発明は、前記歪ゲージの計測値の演算と共に、弾性波理論に基づいて歪ゲージ出力に誤差補正を行う演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００１８】
また、請求項１３に係る発明は、前記加速度センサの校正評価手段は、加速度センサの動的変位検出機能、速度検出機能、加速度検出機能のいずれかの機能に関する、加速度センサのゲイン‐周波数特性、位相‐周波数特性、またはピーク感度のいずれかを測定することを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００１９】
また、請求項１４に係る発明は、前記歪ゲージは金属棒の側面に軸線方向に複数枚貼ったものであり、各歪ゲージの出力に対して、軸線方向の貼り付け位置の相違による位相の違いを波動伝播理論に基づいて一点での計測結果に変換し、該変換結果により歪ゲージ信号のノイズを低減させる信号処理を行うノイズ低減手段を備えたことを特徴とする請求項８、９、１１、１２、１３項のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価方法としたものである。
【００２０】
また、請求項１５に係る発明は、前記歪ゲージは金属棒の側面に軸線方向に複数枚配置したものを更に円周方向に複数組配置して貼ったものであることを特徴とする請求項１４に記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２１】
また、請求項１６に係る発明は、前記複数の歪ゲージの出力に対して、軸線方向の貼り付け位置の相違による位相の違いを波動伝播理論に基づいて一点での計測結果に変換することにより歪ゲージ信号のノイズを低減させる信号処理手段を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２２】
また、請求項１７に係る発明は、前記飛翔体発射手段は、発射管の内部と外部に配した同心円状の複数の飛翔体を備えたことを特徴とする請求項８乃至請求項１６のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２３】
また、請求項１８に係る発明は、前記発射管は同心円状の多重の発射管とし、中心の発射管内部と各発射管の間隙に同心円状の複数の飛翔体を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２４】
また、請求項１９に係る発明は、前記飛翔体発射手段は、複数の飛翔体を所定時間間隔で独立して発射させる発射装置を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２５】
また、請求項２０に係る発明は、前記発射管の表面に飛翔体との摩擦を低減する表面処理を施したことを特徴とする請求項１７に記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２６】
また、請求項２１に係る発明は、前記金属棒は丸棒であることを特徴とする請求項８乃至請求項２０のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２７】
また、請求項２２に係る発明は、前記飛翔体先端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８乃至請求項２１のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２８】
また、請求項２３に係る発明は、弾性波伝播理論の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みから、歪ゲージへの入力となる過渡歪み信号を求める際に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項、または更に精度を上げるためにスカラクの解析解の高次の項までをも用いることを特徴とする請求項８乃至請求項２１のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００２９】
また、請求項２４に係る発明は、前記金属棒の他端面に金属球を接触させ、飛翔体を該金属球に衝突させることを特徴とする請求項８乃至請求項２３のいずれか一つに記載の加速度センサの校正評価装置としたものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明は種々の態様によって実施することができるが、図１に示す実施例においては、金属棒１の第１端面２に後述するような飛翔体３を衝突させて衝撃を加え、内部に弾性波パルスを発生させるものであり、その際、ｎ（ｎ＝１…N、最内側を１、最外側をN）重になっており、図示実施例では中心発射管４、中間発射管５、外側発射管６の３重の多重発射管７を用い、この多重発射管７からｎ（ｎ＝１…N、最内側を１、最外側をN）個の多重の飛翔体３を発射させる。
【００３１】
図示実施例では中心発射管４の内部から略円筒状の第１飛翔体８を第１発射装置９により、また中心発射管４と中間発射管５との間の環状空間から環状の第２飛翔体１０を第２発射装置１１により、更に中間発射管５と外側発射管６との間の環状空間から環状の第３飛翔体１２を第３発射装置１３により各々独立して発射できるようにしている。この発射の状態はレーザ光源２７からのレーザを金属棒１の前方において、２本間隔を設けて照射し、このレーザ光を遮る状態を受光素子２８、２８で検出し、その時間差をカウンタ２９によって計測し、そのデータをパソコン２６に入力して検出することができる。
【００３２】
発射装置１４からの上記各飛翔体の発射に際しては、弁開閉制御装置１５により第１弁１６を解放し、第１高圧空気源１７からの高圧空気を第１発射装置９に供給することにより、中心発射管４内の第１飛翔体８を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。第１飛翔体８が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には図２（ａ）に示すような衝撃加速度の波形が発生して金属棒１内を伝播する。
【００３３】
また、弁開閉制御装置１５により前記第１弁１６の解放後の所定時間α１の後に第２弁１８を解放し、第２高圧空気源１９からの高圧空気を第２発射装置１１に供給することにより、中心発射管４と中間発射管５との間に配置した環状の第２飛翔体１０を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。第２飛翔体１０が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には図２（ｂ）に示すような衝撃加速度の波形が前記第１飛翔体８の衝突による波形の発生に対してα１の時間遅れで発生し金属棒１内を伝播する。
【００３４】
同様に、弁開閉制御装置１５により前記第１弁１６の解放後の所定時間α２の後に第３弁２０を解放し、第３高圧空気源２１からの高圧空気を第３発射装置１３に供給することにより、中間発射管５と外側発射管２６との間に配置した環状の第３飛翔体１２を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。第３飛翔体１２が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には図２（ｃ）に示すような衝撃加速度の波形が前記第１飛翔体８の衝突による波形の発生に対してα２の時間遅れで発生し金属棒１内を伝播する。
【００３５】
このようにして金属棒１内に発生した各衝撃加速度の波形により、金属棒１内には図２（ｄ）の実線で示すような合成衝撃加速度の波形が生じることとなり、この波形が金属棒１の第２端面２２に対して伝播する。このように、飛翔体を複数用い、各飛翔体の発射時期を任意に設定することにより、重ね合わせの原理により全体として所定の継続時間の衝撃加速度波形を発生することが可能となる。
【００３６】
なお、図示実施例においては３重の発射管を用い、３個の飛翔体を用いた例を示したが、本発明は２個の飛翔体から更により多くのｎ個の飛翔体を、前記と同様の態様で使用することができる。これらの発射管４、５、６の各飛翔体８、１０、１２との接触面、または各飛翔体の外周面には潤滑処理、或いは低摩擦係数化する表面処理層を設けることが好ましい。
【００３７】
個々の飛翔体の発射により金属棒１内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を狭くするために、飛翔体先端部に高分子材料、プラスティックス、木材などを取り付けても良い。その際には、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もつような多重飛翔体を用いても良い。
【００３８】
上記のような金属棒１の第１端面２において発生した弾性波パルスは、金属棒１内部を伝播してもう一方の第２端面２２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、その端面に取りつけた校正対象である加速度センサ２３への入力となる。また、衝撃加速度の精密な測定は歪ゲージ２５、またはレーザ干渉計２４により、更には必要に応じて両方を用いることにより測定し、加速度センサ２３の計測値と比較を行う。
【００３９】
発生する衝撃加速度の検出に際して棒側面に貼り付けた歪ゲージ２５を用いる際には、歪ゲージ２５を単体で実施することができるが、金属棒の軸線方向に一列に複数配置しても良く、この列を更に複数列配置しても良い。図１に示す例においては第１端面２から１列にＬ１、Ｌ２、ＬＮずつ離れてＮ個配置し、これを３列配置した例を示している。
【００４０】
複数個の歪ゲージを用いる際には、各ゲージの出力信号を演算装置としてのパソコン２６に入れ、これを信号処理して代表位置でのゲージ出力の周波数特性を求め、予め求めておいた補正関数を用いてレーザ干渉計２４で計測した結果と同等の結果が得られるようにする。なお、上記実施例においては、レーザ干渉計２４と歪ゲージ２５を用いた例を示しているが、いずれか片方のみでも本発明を実施することができる。
【００４１】
上記のような校正からなる加速度センサの校正評価装置を用い、実際に校正評価を行う際には、下記のような理論によって正確な校正評価を行うことができる。即ち、直径に比較して十分長い金属棒の端面に飛翔体を衝突させることにより衝撃を加えると金属棒の内部に弾性波パルスが発生して伝播するが、端面に到達し反射する過程で、縦波弾性波の伝播速度（C）、入射弾性波パルスの歪速度
【数１】
0004304325.tif 000002
の積の２倍の加速度
【数２】
0004304325.tif 000003
で棒端面は運動する。
【００４２】
多重発射管ｎ（ｎ＝１…N）の場合には、発射管ｎによって発生する入射弾性波パルスの歪をεｎとすると、弾性波には重ね合わせの原理が成立するので次式が成立する。なお、・は、時間に関する微分を表す。
【数３】
0004304325.tif 000004
（１）
【００４３】
実際には、歪ゲ−ジを丸棒端面と棒側面の境界に貼ることは不可能なので、丸棒の衝撃端面から、Lｎ（ｎ＝１…N）だけ離れた位置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Lｎ（ｎ＝１…N）の位置において、加速度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。
【００４４】
さて、弾性波の伝播理論から衝撃端面から十分離れた丸棒断面での弾性波パルスの歪は平面波となるため、衝撃端面からの距離と時間（で飛翔体の衝突が始まるとする）で解析的に表すことが可能である。そこで、平面波としての丸棒内部の歪（ε(z,t)）を次式で表すことにする。
【数４】
0004304325.tif 000005
（２）
但し、Ｆ(z,t)は次のように表される。（スカラク(Skalak)の解の一次項）
【数５】
0004304325.tif 000006
（３）
但し、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項
【００４５】
【数６】
0004304325.tif 000007
（４）
【数７】
0004304325.tif 000008
（５）
【数８】
0004304325.tif 000009
（６）
ただしここで、
Ｖ１：飛翔体の衝突速度
ｔ：衝突後の経過時間
ｖ：ポアソン比
Ｄａ：金属棒の直径
ｚ：金属棒の軸方向の座標
【００４６】
次に、多数の歪ゲージを用いて感度と耐雑音性を上げるために、以下の手順を採用する。位置Lｎ（ｎ＝１…N）における複数個のゲージ出力の断面での平均値を、εＬｎ(t)（ｔ＝０は衝突開始時間）とする。波動伝播に時間がかかり、位置Lｎ（ｎ＝１…N）における歪ゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手順により（３）式を用いて代表位置Ｌ１に貼ってあるゲージの出力と等価な出力に変換することができる。
【数９】
0004304325.tif 000010
（ｎ＝２…N） （７）
ここで、
【数１０】
0004304325.tif 000011
は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。
【００４７】
したがって、代表位置における弾性波パルスの歪εｒ（Ｌ１，t）は以下の式で表される。
【数１１】
0004304325.tif 000012
（８）
【００４８】
複数の歪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歪の計測すなわち低ピーク加速度の計測が可能になる。
【００４９】
上記、代表位置から加速度センサ取りつけ端面までの弾性波パルスの伝播による弾性波動の分散、減衰などは考慮しない。そこで、複数個の歪ゲージの代表位置から加速度センサ取りつけ端面までの距離は、Ｌ−Ｌ１であるから、εｒ（Ｌ１，ｔ）を用いると加速度センサ取りつけ端面に発生する加速度ａ(t)は次式で表される。
【数１２】
0004304325.tif 000013
（９）
【００５０】
上記において、ゲージの周波数応答を無視する場合には、前記（９）式に示される加速度センサへの入力信号と加速度センサの出力信号（ａout(t)）を周波数領域で比較すると、（１０）式で示す加速度センサの周波数特性を求めることができる。
【数１３】
0004304325.tif 000014
（１０）
【００５１】
また、前記（９）式で求められた代表位置における歪ゲージ出力信号に対して（３）式を適用して加速度センサ取りつけ端面に入射する弾性波パルスの歪
【数１４】
0004304325.tif 000015
を求める。そのためには、次式を用いる。
【数１５】
0004304325.tif 000016
（１１）
【００５２】
上記（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センサの周波数応答が求まる。
【数１６】
0004304325.tif 000017
（１２）
【００５３】
また、レーザ干渉計を用いる際には、加速度センサを取り付けた棒端面の運動速度（ｖｉＬ(t)）が測定でき、（１３）式より加速度センサの周波数応答は求められる。
【数１７】
0004304325.tif 000018
（１３）
【００５４】
また、レーザ干渉計で計測した棒端面の運動速度（ｖＬ(t)）と端面に入射する弾性波パルスの歪（εｉＬ(t)）との間には、次式が成立することを利用する。
【数１８】
0004304325.tif 000019
（１４）
【００５５】
上記（１４）式から求められる入射弾性波パルスの歪（εｉＬ(t)）と代表位置における歪信号を周波数領域で比較して求められる（１５）式の補正関数（ＧＣＬ(ｊω）を、（１０）式にかけることによって加速度センサの伝達関数が求められる。
【数１９】
0004304325.tif 000020
（１５）
【００５６】
なお、 金属丸棒端面に金属球を接触させる形式で取り付け、その球に対して同心円状の多重の発射管から、発射タイミングを精密に制御した飛翔体を発射させて、棒内部に弾性波パルスを発生させると、より正確な加速度センサの校正評価をおこなうことができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、衝撃加速度発生において、衝撃加速度の周波数帯域を制御することが可能になる。飛翔体の単独発射、特にアルミなどの金属だけで製作された飛翔体の単独発射の場合と比較すると、１０倍以上弾性波パルスの継続時間を長くすることが可能になる。これにより、計測標準としての衝撃加速度の有用性が増加する。また、従来の振動台による加速度センサ校正可能領域と衝撃加速度による加速度センサ校正可能領域が重なりあう領域を広げることも可能になる。
【００５８】
更に、加速度センサの評価においては、入射衝撃加速度の周波数成分に共振周波数を励起する成分がどの程度含まれるかで、加速度センサの構造によって周波数特性が異なることがありえるが、本発明によって加速度センサの周波数特性の入力加速度周波数帯域依存特性を明らかにすることが出来る。
【００５９】
また、本発明においては、振動台を用いた加速度センサの校正よりも寄生横振動の影響の少ない、したがって結果としては振動台を用いた加速度センサの校正よりも正確な加速度センサの校正が可能になる。一次元振動台の寄生横振動自体も周波数依存特性をもっているが、通常は無視されているが本来は考慮しなければならないものであり、本発明においてはこのような問題を生じることがない。
【００６０】
更に、個々の飛翔体を単独で発射して得られる衝撃加速度波形、ひずみ波形などのデータおよび、複数個の飛翔体発射のタイミングを制御して得られる衝撃加速度波形、ひずみ波形などのデータを、飛翔体の構造、飛翔体の形状、飛翔体の発射条件、複数個飛翔体相互の発射タイミングをパラメータにしてデータベース化することによって、衝撃加速度を柔軟に発生させることができる。
【００６１】
更に、衝撃加速度計測用の加速度センサにおいて、共振周波数との関連で、その周波数特性が不明確、かつ計測可能な周波数帯域や上限周波数が不明確な状態において、本発明によって加速度センサの周波数特性の入力加速度周波数帯域依存特性を明らかにすることが出来ることから、衝撃加速度のピーク値計測の信頼性が向上する。
【００６２】
また、歪ゲージを多数貼り付けたものにおいては、低衝撃加速度のピーク値の計測が可能になり、また、産業上広い応用分野が存在する周波数帯域での衝撃試験が可能になる。
【００６３】
また、加速度センサが取り付けられている金属棒を丸棒としたものは軸対象であるので、発生する発生する加速度は極めて高い直線性を持っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明で発生する加速度パルスは計の例を示す図である。
【符号の説明】
１  金属棒
２  第１端面
３  飛翔体
４  中心発射管
５  中間発射管
６  外側発射管
７  多重発射管
８  第１飛翔体
９  第１発射装置
１０  第２飛翔体
１１  第２発射装置
１２  第３飛翔体
１３  第３発射装置
１４  発射装置
１５  弁開閉制御装置
１６  第１弁
１７  第１高圧空気源
１８  第２弁
１９  第２高圧空気源
２０  第３弁
２１  第３高圧空気源
２２  外側発射管
２３  加速度センサ
２４  レーザ干渉計
２５  歪ゲージ
２６  パソコン
【図１】
0004304325.tif 000025
【図２】
0004304325.tif 000026