(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属棒の一端部に二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する光学測定器の出力信号をそれぞれ演算して求め、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する光学測定器の出力信号を演算して求め、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記光学測定器で計測し演算した運動加速度とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価することを特徴とする加速度センサの動的線形性計側方法。
【請求項２】
金属棒の一端部に二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージの計測信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価することを特徴とする加速度センサの動的線形性計側方法。
【請求項３】
金属棒の一端部に二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージの代表位置における前記運動加速度により生じた歪み計測信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価することを特徴とする加速度センサの動的線形性計側方法。
【請求項４】
金属棒の一端部に二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価することを特徴とする加速度センサの動的線形性計側方法。
【請求項５】
金属棒の一端部に二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価することを特徴とする加速度センサの動的線形性計側方法。
【請求項６】
前記歪ゲージを前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項２または４に記載の加速度センサの動的線形性計測方法。
【請求項７】
前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項３または５記載の加速度センサの動的線形性計測方法。
【請求項８】
前記光学機器はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１、４、５のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測方法。
【請求項９】
二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、
前記端面の運動速度を計測し運動加速度として演算する光学測定器とを備え、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する光学測定器の出力信号をそれぞれ演算して求め、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する光学測定器の出力信号を演算して求め、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記光学測定器で計測し演算した運動加速度とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価する評価手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１０】
二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、
前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設けた歪ゲージとを備え、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージの計測信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価する評価手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１１】
二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、
前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージとを備え、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記各歪ゲージの代表位置における前記運動加速度により生じた歪計測信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価する評価手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１２】
二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、
前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設けた歪ゲージと、
前記端面の運動を計測する光学測定器と、
前記光学測定器の出力信号により前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行う演算手段とを備え、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって、飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージのからの前記補正演算した信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価する評価手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１３】
前記歪ゲージを前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項１０または１２に記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１４】
前記光学測定器の信号により前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行う際には、金属棒に前記加速度センサを取り付けない状態で行うことを特徴とする請求項１２記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１５】
二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、
前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、
前記端面の運動を計測する光学測定器と、
前記光学測定器の信号により前記各歪ゲージの代表位置における前記運動加速度により生じた歪計測信号に対して補正演算を行う演算手段とを備え、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサでそれぞれ計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
次いで前記２個の飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて、該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、
前記両飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで計測し、
前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、
前記端面の運動を計測する光学測定器の出力信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して補正演算を行い、
前記２個の飛翔体を各々単独に衝突させたときの、前記加速度センサのそれぞれの加速度出力信号と、前記両飛翔体を同時或いは所定時間間隔で衝突させたときの前記加速度センサの加速度出力信号と、前記歪ゲージのからの前記補正演算した信号とから、時間領域及び周波数領域における加速度センサの動的線形性を評価する評価手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１６】
前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設けたことを特徴とする請求項１１または１５に記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１７】
前記光学測定器はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項９、１２、１５のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１８】
前記光学測定器の信号により前記各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪信号に対して補正演算を行う際には、前記金属棒に加速度センサを取り付けて行うことを特徴とする請求項１１、１５、１６のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項１９】
前記飛翔体が異なる材料の積層構造をもつことを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２０】
前記発射装置は、内側発射管、外側発射管各々を多重発射管とすることにより、外側発射管、及び内側発射管から発射される飛翔体を多重化し、各々において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ことを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２１】
前記歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの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次の項を用いることを特徴とする請求項１０乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２２】
前記歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求める際に、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１０乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２３】
金属棒端面の運動加速度計測、運動速度計測結果或いは歪ゲージ計測、加速度センサ入力加速度信号と加速度センサの出力信号を、周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を計測することを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２４】
前記２個の飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、第１の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号と、第２の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号とが、両飛翔体を同時に発射したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号に最も良く適合するパラメータとしての両飛翔体の衝突時間差を求め、各飛翔体をそれぞれ単独で発射したときに得られる加速度センサの出力信号、両飛翔体を所定時間差で発射した時に得られる加速度センサの出力信号から加速度センサの動的線形性を計測する動的線形性演算手段を備えたことを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２５】
前記金属棒軸を軸線方向への剛性運動を拘束しないような点接触による支持手段により、水平に支持したことを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【請求項２６】
前記金属棒端面に金属球を接触させ、前記飛翔体の発射装置は、前記二重の発射管から同心円状に配置した２個の飛翔体を、該金属球に対して発射時期を精密に制御して発射させ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、例えば車両衝突安全、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、マイクロ運動デバイス等の、運動の計測が必要不可欠な分野において用いる、加速度を計測する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両衝突安全、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、マイクロ運動デバイス等の、運動の計測が必要不可欠な分野においては加速度センサが用いられている。このような加速度センサによる正確な計測を維持するためにはその加速度センサの定期的な校正が必要となる。その校正に際して、従来最も信頼性が高い方法として、振動台に加速度センサを固定し、該振動台の運動をレーザ干渉計で計測し、その計測値と該振動台に固定した加速度センサの出力値とを比較することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の加速度の校正技術においては、産業界が必要とする加速度レベル、周波数範囲における動的線形性の測定に関しては未だその技術が確立されておらず、したがってその技術の国際規格は未だに定められていないのが実状である。
【０００４】
一方、従来の加速度センサとして圧電加速度センサが存在する。この圧電加速度センサにおいては、非常に高い衝撃加速度まで計測できる特徴があり、その製品が市場に出て利用されている。しかしながら、このような圧電加速度センサにおいても、動的計測で非常に重要な要素である動的線形性を計測する手法は提案すらされておらず、したがって１０６m/s２程度の高い加速度レベル迄、実際に動的線形性が成立するのかは全く知られておらず、その点でこのセンサの信頼性が不十分である。
【０００５】
一方、加速度の検出分野として地震計が存在するが、地震の計測のような低周波数での加速度計測では、振動台の寄生横揺れ振動の影響を評価する必要があるにもかかわらず、その評価が困難であり、同時に直線性の高い低周波数振動を実現することも困難であることから、直流分から加速度を計測できる加速度センサは、いまだに静的な校正しかなされていない。
【０００６】
したがって本発明は、産業上において重要な分野で利用されている加速度センサについて、その分野で一般的に利用されている加速度値から、更に１０６m/s２程度迄の広い加速度範囲において、この加速度センサの動的線形性を正確且つ容易に計測し、加速度センサの校正を容易に行うことができるようにした加速度センサの校正方法及びその方法を実施する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】
本発明は上記課題を以下に記載する基本的な考え方により解決したものである。即ち、一般に計測技術分野においては線形性が成り立たなければ、正確な計測は成り立たない。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確かめることは一般に容易ではない。しかし、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)をとして、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、動的線形性が成立する。
【０００８】
金属棒端面に測定対象の加速度センサを取り付け、棒の端面に内側発射管から発射される内側飛翔体を衝突させることによって発生した弾性波パルスがもう一方の端面に到達したときに生じる端面の運動加速度即ち加速度センサへの入力加速度信号ａin,１(t)と加速度センサの出力ａout・１(t)を求める。次に、棒の端面に外側発射管から発射される外側飛翔体を衝突させることによって発生した弾性波パルスがもう一方の端面に到達したときに生じる端面の運動加速度すなわち加速度センサへの入力加速度信号ａin,２(t)と加速度センサの出力ａout・２(t)を求める。
【０００９】
最後に内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金属棒に衝突させた時に、加速度センサへの入力信号として作用する加速度信号は、弾性波の線形性から、ａin,１(t)＋ａin,２(t)となる。この時に加速度センサの出力信号をａout(t)とする。線形性が成立するとすれば、出力信号は、ａout・１(t)＋ａout・２(t)となるから、この信号と、ａout(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、加速度センサの動的線形性をゲイン、位相に関して計測するという方法及びその方法を実施する装置とする。上記飛翔体が同時に発射される時の内側発射管からの飛翔体および外側発射管からの飛翔体は、それぞれ単独で発射される場合と同一形状であり、かつ発射圧力、発射管の内部での初期位置などが同一条件でなければならない。
【００１０】
上記基本的な考え方を元に、本発明は特許請求の範囲に記載した構成を備えるものであり、請求項１に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を計測し、前記端面の運動加速度を、該端面の運動速度を計測する光学測定器の信号を演算して求め、前記加速度センサの加速度出力信号と、前記光学測定器で計測し演算した運動加速度とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を各々計測し、前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの出力信号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した加速度信号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を各々計測し、前記金属棒側面に設けた歪ゲージによって前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、前記端面の運動を計測する光学測定器の信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した加速度信号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、金属棒の一端部に二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させ、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を、該他端部に設けた加速度センサで前記端面の運動加速度を計測し、前記金属棒側面に軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージの信号によって各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪みを各々計測し、前記端面の運動を計測する光学測定器の信号により、前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を求めることを特徴とする加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１７】
また、請求項８に係る発明は、前記歪ゲージを前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１８】
また、請求項９に係る発明は、前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項３または請求項７記載の加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００１９】
また、請求項１０に係る発明は、前記光学機器はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１、６、７のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測方法としたものである。
【００２０】
また、請求項１１に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記端面の運動速度を計測し運動加速度として演算する光学測定器と、前記加速度センサの出力信号と、前記光学測定器で計測し演算した運動加速度とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２１】
また、請求項１２に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設けた歪ゲージと、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２２】
また、請求項１３に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、前記加速度センサの出力信号と、前記各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪計測信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２３】
また、請求項１４に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設けた歪ゲージと、前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２４】
また、請求項１５に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、前記歪ゲージの計測信号により代表位置の計測信号を求め、該代表位置の計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージの計測信号に基づく前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２５】
また、請求項１６に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に設けた歪ゲージと、前記端面の運動を計測する光学測定器と、前記光学測定器の信号により前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージのからの前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２６】
また、請求項１７に係る発明は、前記歪ゲージを前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に複数設け、各歪ゲージの出力信号を用いることを特徴とする請求項１２、１４、１６のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２７】
また、請求項１８に係る発明は、前記光学測定器の信号により前記歪ゲージの計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う際には、金属棒に前記加速度センサを取り付けない状態で行うことを特徴とする請求項１６または１７記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２８】
また、請求項１９に係る発明は、二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を各々単独に、及び両飛翔体を同時に或いは所定時間間隔で金属棒の一端部に衝突させて該金属棒内に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各飛翔体の衝突によって発生した弾性波パルスが前記金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動加速度を計測する加速度センサと、前記弾性波パルスの歪みを計測する前記金属棒側面に対し軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージと、前記端面の運動を計測する光学測定器と、前記光学測定器の信号により前記各歪ゲージの代表位置における前記飛翔体の衝突により生じた弾性波パルスの歪計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記加速度センサの出力信号と、前記歪ゲージからの前記補正演算した信号とを時間領域及び周波数領域で比較する比較手段とを備えたことを特徴とする加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００２９】
また、請求項２０に係る発明は、前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設けたことを特徴とする請求項１３または請求項１９記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３０】
また、請求項２１に係る発明は、前記光学測定器はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１１、１６、１９、２０のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３１】
また、請求項２２に係る発明は、前記光学測定器の信号により前記各歪ゲージの代表位置における前記運動加速度により生じた歪計測信号に対して弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う際には、前記金属棒に加速度センサを取り付けて行うことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３２】
また、請求項２３に係る発明は、前記飛翔体が異なる材料の積層構造をもつことを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３３】
また、請求項２４に係る発明は、前記発射装置は、内側発射管、外側発射管各々を多重発射管とすることにより、外側発射管、及び内側発射管から発射される飛翔体を多重化し、各々において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ことを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３４】
また、請求項２５に係る発明は、前記金属棒中の弾性波伝播の理論よって、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの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次の項を用いることを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３５】
また、請求項２６に係る発明は、前記金属棒中の弾性波伝播の理論よって、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求める際に、スカラクの解析解の高次の項迄を用いることを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３６】
また、請求項２７に係る発明は、金属棒端面の運動加速度計測、運動速度計測結果或いは歪ゲージ計測、波動伝播理論から導かれる加速度センサ入力加速度信号と加速度センサの出力信号を、周波数領域で比較することにより加速度センサの動的線形性を計測することを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３７】
また、請求項２８に係る発明は、前記２個の飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、第１の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号と、第２の飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号とが、両飛翔体を同時に発射したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号に最も良く適合するパラメータとして求め、各飛翔体をそれぞれ単独で発射したときに得られる加速度センサの出力信号、両飛翔体を所定時間差で発射した時に得られる加速度センサの出力信号から加速度センサの動的線形性を計測する動的線形性演算手段を備えたことを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３８】
また、請求項２９に係る発明は、前記金属棒軸を軸線方向への剛性運動を拘束しないような点接触による支持手段により、水平に支持したことを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００３９】
また、請求項３０に係る発明は、前記飛翔体の発射装置は、前記金属棒端面に金属球を接触させ、前記二重の発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を、該金属球に対して発射時期を精密に制御して発射させ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００４０】
また、請求項３１に係る発明は、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、加速度センサの質量、ゲージの周波数応答のいずれかを補正する補正関数と、ゲージが貼り付けられた金属棒とを、個別の加速度センサに対応するために必要不可欠な交換部品セットとすることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれか一つに記載の加速度センサの動的線形性計測装置としたものである。
【００４１】
【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、中心発射管４、外側発射管５の二重の多重発射管７を用い、この多重発射管７から内外２個の多重の飛翔体３を発射させる。図示実施例では中心発射管４の内部から略円筒状の内側飛翔体８を内側発射装置９により、また中心発射管４と外側発射管５との間の環状空間から環状の外側飛翔体１０を外側発射装置１１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。
【００４２】
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からの高圧空気を内側発射装置９に供給することにより、内側発射管４内の内側飛翔体８を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。内側飛翔体８が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には衝撃加速度の弾性波が発生して金属棒１内を伝播する。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からの高圧空気を外側発射装置１１に供給することにより、中心発射管４と外側発射管５との間に配置した環状の外側飛翔体１０を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。外側飛翔体１０が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には前記と同様の衝撃加速度の弾性波が前記第１飛翔体８の衝突による弾性波の発生に対して時間遅れで発生し金属棒１内を伝播する。
【００４３】
このようにして金属棒１内に発生した各衝撃加速度の弾性波により、金属棒１内には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。
【００４４】
これらの発射管４、５の各飛翔体８、１０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。また、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
上記装置において、種々の態様で本発明を実施することができるが、入力加速度をレーザ干渉計による速度の計測から求めて、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われれる。即ち、発射管から発射された飛翔体が、金属棒端面に衝突して発生した弾性波パルスが加速度センサを取り付けた端面に到達して反射するときに発生する時間（ｔ）の関数としての衝撃的加速度（ａ(t)）は、金属棒内部の縦波弾性波速度（Ｃ）と端面での入射弾性波パルスのひずみ（ε(t)）とによって、以下の式で表される。なお、・は時間に関する微分を表す。
【数１】
0004304326.tif 000002
（１．１）
【００４８】
そこで、内側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する加速度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれａin,1(t)、εin,1(t)とする。外側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する加速度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれａin,2(t)、εin,2(t)、とすると以下の式が成立する。
【数２】
0004304326.tif 000003
（１．２）
【数３】
0004304326.tif 000004
（１．３）
【００４９】
レーザ干渉計で計測できるのは端面の運動速度であるから、内側発射体と外側発射体によりそれぞれ発生する端面の運動速度をｖin,1(t)、ｖin,2(t)とすると以下の数式が成立する。
【数４】
0004304326.tif 000005
（１．４）
【数５】
0004304326.tif 000006
（１．５）
【００５０】
したがって、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、また、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に、且つ前記単独で発射したときと同一の条件で発射した場合の各レーザ干渉計で計測する端面の運動速度を、それぞれｖin,L,1(t)、ｖin,L,2(t)、ｖin,L,1+2(t)とすると以下の式が成立する。
【数６】
0004304326.tif 000007
（１．６）
【数７】
0004304326.tif 000008
（１．７）
【数８】
0004304326.tif 000009
（１．８）
【００５１】
その時の加速度センサの出力信号をそれぞれの場合で、ａout,L,1(t)、ａout,L,2(t)、ａout,L,1+2(t)とすると、下記の（１．９）式が成立する範囲内で、（１．１０） 式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数９】
0004304326.tif 000010
（１．９）
【数１０】
0004304326.tif 000011
（１．１０）
【００５２】
なお、内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると、次の（１．１１）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数１１】
0004304326.tif 000012
（１．１１）
【００５３】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に複数設け、その計測信号をそのまま用いて、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われれる。即ち、図１に示す装置の例において、飛翔体の衝突する端面から距離Ｌ１に貼ってある歪ゲージの出力信号について、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、また、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に、且つ前記単独で発射したときと同一の条件で発射した場合の各々について、εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)とする。この場合、ひずみゲージの周波数応答特性、弾性波の分散、減衰、音速値の不確かさなどを考慮しないので、ゲージの出力信号である歪みがそのまま加速度センサ取り付け面への入射弾性波パルスの歪みになるとみなす。
【００５４】
εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)に対応する加速度センサの出力信号を、ａL1,out,1(t)、ａL1,out,2(t)、ａL1,out,1+2(t)とすれば、（２．１）式が成立する範囲内で、（２．２）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性の計測を行うことができる。
【数１２】
0004304326.tif 000013
（２．１）
【数１３】
0004304326.tif 000014
（２．２）
【００５５】
なお、内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると、次の（２．３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数１４】
0004304326.tif 000015
（２．３）
【００５６】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、軸線方向に沿って複数個設け、各歪ゲージの出力をそのまま用いて、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われる。即ち、図１に示す装置の例において、金属棒の軸方向に複数個設ける歪ゲージは、金属棒の衝撃端面である第１端面から、Ｌｎ（ｎ＝１・・・Ｎ）だけ離れた位置に貼られているとする。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）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。
【００５７】
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みは、平面波となるため衝撃端面からの距離ｚと時間ｔ（ｔ＝０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ひずみ（ε(z,t)）を次式で表すことにする。
【数１５】
0004304326.tif 000016
（３．１）
【００５８】
但し、Ｆ(z,t)は次のように表される。（スカラク（Skalak）の解、級数展開の第一項目）
【数１６】
0004304326.tif 000017
（３．２）
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
【数１７】
0004304326.tif 000018
（３．３）
【数１８】
0004304326.tif 000019
（３．４）
【数１９】
0004304326.tif 000020
（３．５）
但しここで、
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
【００５９】
多数のひずみゲージを用いて感度を上げるために、以下の手順を取る。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）におけるひずみゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手順により前記（３．３）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２０】
0004304326.tif 000021
（ｎ＝２・・・Ｎ）   （３．６）
ここで、
【数２１】
0004304326.tif 000022
は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。したがって、代表位置における弾性波パルスの歪みεｒ(Ｌ1,t)は以下の式で表される。
【数２２】
0004304326.tif 000023
（３．７）
【００６０】
このように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が可能になる。
上記の態様においては、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。歪ゲージの動特性を考慮した補正も行わない。そこで、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、また、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に、且つ前記単独で発射したときと同一の条件で発射した場合の各々について、代表位置における代表ひずみ信号を、εｒ,1(Ｌ1,t) 、εｒ,2(Ｌ1,t) 、εｒ,1+2(Ｌ1,t) とすると、複数個のひずみ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、それぞれの場合に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２３】
0004304326.tif 000024
（３．８）
【数２４】
0004304326.tif 000025
（３．９）
【数２５】
0004304326.tif 000026
（３．１０）
【００６１】
上記（３．８）、（３．９）、（３．１０）の入力加速度に対応する加速度センサの出力信号をそれぞれ、ａrout,1(t)、ａrout,2(t) 、ａrout,1+2(t) とすると、次の（３．１１）式が成立する範囲内で（３．１２）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることことにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数２６】
0004304326.tif 000027
（３．１１）
【数２７】
0004304326.tif 000028
（３．１２）
【００６２】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると次の（３．１３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。が動的線形性の計測である。
【数２８】
0004304326.tif 000029
（３．１３）
【００６３】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に複数設け、その計測信号を理論的に補正して、金属棒の端面への入射弾性波パルスの歪みを求め、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われれる。即ち、図１に示す装置の例において、軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージ出力を、弾性波理論で補正して端面への入射弾性波パルスを求める。しかし、このときゲージの周波数応答は無視される。前記（１．２）式、（１．３）式で示される歪信号は、衝突端面から距離Ｌ１の位置に貼られているとし、内側飛翔体のみの衝突で発生した歪信号をεin,1(Ｌ1,t)、外側飛翔体のみの衝突で発生した歪信号をεin,2(Ｌ1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に衝突した時の歪信号をεin,2(Ｌ1,t)とすると以下の式が成立する。
【数２９】
0004304326.tif 000030
（４．１）
【００６４】
εin,1+2(t) 、εin,1+2(Ｌ1,t) を、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に発射した時の、加速度センサを取り付けた端面への入射弾性波パルスのひずみ、衝突端面から距離Ｌ１に貼られた歪ゲージの出力信号とする。前記（３．１４）式から求まるεin,1(t) 、εin,2(t) 、εin,1+2(t) 及び各々に対応する加速度センサの出力信号、ａout,1(t)、ａout,2(t) 、ａout,1+2(t)を用いると、次の（４．２）式が成立する周波数、加速度範囲内において、（４．３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数３０】
0004304326.tif 000031
（４．２）
【数３１】
0004304326.tif 000032
（４．３）
【００６５】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると次の（４．４）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数３２】
0004304326.tif 000033
（４．４）
【００６６】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、軸線方向に沿って複数個設け、これらの歪ゲージから得られる出力を理論的に補正して、端面への入射弾性波パルスの歪みを求め、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われる。即ち、図１に示す装置の例において、軸方向に複数個貼り付けたひずみゲージ出力から代表値を計算する方法として前記（３．７）式に示す方法を用い、衝撃端面からの所定距離の代表位置における歪ゲージ出力信号を、内側飛翔体を単独で発射する場合（εr,1(Ｌ1,t)）、外側飛翔体を単独で発射する場合（εr,2(Ｌ1,t)）、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金属棒に衝突させる場合（εr,1+2(Ｌ1,t））について求める。
【数３３】
0004304326.tif 000034
（５．１）
【００６７】
εr,1(Ｌ1,t)、εr,2(Ｌ1,t)、εr,1+2(Ｌ1,t）のそれぞれに対応する加速度センサの出力を、ａrcout,1(t)、ａrcout,2(t) 、ａrcout,1+2(t) とする。このように決めれば、次の（５．２）式が成立する周波数、加速度範囲内において、（５．３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数３４】
0004304326.tif 000035
（５．２）
【数３５】
0004304326.tif 000036
（５．３）
【００６８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると次の（５．４）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数３６】
0004304326.tif 000037
（５．４）
【００６９】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に複数設け、その計測信号をレーザ干渉計で計測した結果により補正して、金属棒の端面への入射弾性波パルスの歪みを求め、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われれる。即ち、図１に示す装置の例において、干渉計により棒端面の運動速度（ｖL(t)）が測定され、入射弾性波パルスの歪み（εiL(t)）との関係は、ｖL(t)＝２ＣεiL(t) で表される。入力加速度の線形性を検証するためにひずみゲージ出力から加速度センサへの入力加速度を推定するときに、ゲージの周波数応答を補正し、弾性波動の伝播の分散、減衰、加速度センサの質量の影響などを干渉計出力をもとに補正する。
【００７０】
軸方向に一箇所に貼り付けてあるひずみゲージの衝突端面からの位置を、Ｌ１とする。ゲージからの出力信号について、内側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,2(t) 、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεL1,out,1+2(t) とする。このとき、ゲージの出力信号を加速度センサ取り付け端面への入射弾性波パルスのひずみに変換する以下の補正関数（ＧCL(jω））を求める。
【数３７】
0004304326.tif 000038
（６．１）
【００７１】
このように決めれば、内側飛翔体が単独で発射された場合の加速度センサ出力をａCL1out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合の加速度センサ出力をａCL1out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の加速度センサ出力をａCL1out,1+2(t) として、次の（６．２）式が成立する周波数、加速度範囲内において、（６．３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数３８】
0004304326.tif 000039
（６．２）
【数３９】
0004304326.tif 000040
（６．３）
【００７２】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると次の（６．４）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数４０】
0004304326.tif 000041
（６．４）
【００７３】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、軸線方向に沿って複数個設け、これらの歪ゲージから得られる出力をレーザ干渉計で計測した結果により補正して、端面への入射弾性波パルスの歪みを求め、加速度センサの動的線形性を計測する場合は、以下のような手法により、また以下のような理論によって行われる。即ち、図１に示す装置の例において、前記（３．７）式で求められる代表位置におけるひずみゲージ出力信号に関して、内側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,1(Ｌ1,t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,2(Ｌ1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεNr,1+2(Ｌ1,t) とする。
【００７４】
内側飛翔体が単独で発射された場合の加速度センサ出力をａCLNout,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合の加速度センサ出力をａCLNout,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の加速度センサ出力をａCLNout,1+2(t) として、次の（７．１）式が成立する周波数、加速度範囲内において、（７．２）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数４１】
0004304326.tif 000042
（７．１）
【数４２】
0004304326.tif 000043
（７．２）
【００７５】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔｔとすると次の（７．３）式が成立する周波数範囲、加速度範囲を明らかにすることにより加速度センサの動的線形性を計測することができる。
【数４３】
0004304326.tif 000044
（７．３）
【００７６】
本発明は上記のような加速度センサの動的線形性を計測する手段を基本とし、更に種々の態様で実施することができ、前記のように飛翔体の先端部に高分子材料、プラスチックスなどを取り付けて積層化し、或いは飛翔体本体内部が金属、高分子材料、或いはプラスチックスなどの異なる材料を適宜積層して全体として積層構造をもつような飛翔体を用いることにより、金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を任意に制御してもよい。
【００７７】
また、発射管を内側発射管と外側発射管の二重にしたものにおいて、この発射管から同心円上に配置した２個の飛翔体を発射させるに際し、内側発射管、外側発射管各々を多重発射管とすることにより、外側発射管、および内側発射管から発射される飛翔体を多重化し、各々において飛翔体の発射の位相を制御することにより、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。
【００７８】
また、金属棒中の弾性波伝播の理論よって歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡ひずみ信号を求める際に、スカラクの解析解の少なくとも１次の項を用いても良く、更に精度をあげるために解析解の高次の項迄をも用いても良い。
【００７９】
また、金属棒端面の運動加速度計測、運動速度計測結果あるいは歪ゲージ計測、波動伝播理論から導かれる加速度センサ入力加速度信号と加速度センサの出力信号を周波数領域で比較することにより、加速度センサの周波数応答特性を求めるための前提として必要不可欠である加速度センサの動的線形性を計測することができるようになる。
【００８０】
また、二個の飛翔体の衝突の非同時性を考慮するために、内側発射管からの第１飛翔体と外側発射管からの第２飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差（Δｔ）を、第１飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号と第２飛翔体が金属棒に衝突したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号が、両飛翔体を同時に発射したときに発生する加速度センサへの入力過渡加速度信号に最も良く適合するようなパラメータとして求め、第１飛翔体および第２飛翔体をそれぞれ単独で発射した場合に得られる加速度センサの出力信号、時間差があるが第１飛翔体と第２飛翔体をほぼ同時に発射した時に得られる加速度センサの出力信号から加速度センサの動的線形性を計測するようにしても良い。
【００８１】
また、弾性波パルスを伝播させる金属棒を水平に維持し、軸方向への剛体運動を拘束しないように、ボールベアリング、コロ軸受けなどを利用して点接触によって支持し、弾性波の伝播への影響を最小限にするようにしても良い。
【００８２】
また、金属丸棒端面に金属球を接触させるように取り付け、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、金属棒内部に弾性波パルスを発生させるようにしても良い。
【００８３】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から任意の距離に１個設け、或いはそれと同じ距離の円周上に複数設けるとき、歪ゲージの出力信号に対して、波動の分散、減衰、音速値の不確かさ、を補正するための補正関数をレーザ干渉計による計測結果から求める場合に、弾性波パルスが伝播する金属棒端面に加速度センサを取り付けないで求めるようにしても良い。
【００８４】
また、歪ゲージを金属棒の第１端面から、軸線方向に沿って複数個設け、或いは、前記軸線方向複数箇所に設けた歪ゲージを、各箇所において前記金属棒の一端面から同一距離の円周上に各々複数設け、各歪ゲージの出力信号に対して、波動の分散、減衰、音速値の不確かさ、加速度センサの質量、加速度センサの取り付け部分の影響、を補正するための補正関数をレーザ干渉計による計測結果から求める場合に、弾性波パルスが伝播する金属棒端面に加速度センサを取り付けた状態で求めるようにしても良い。
【００８５】
また、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、加速度センサの質量、ゲージの周波数応答などを補正する補正関数と、ゲージが貼り付けられた金属棒を個別の加速度センサに対応するための必要不可欠な交換部品セットとしても良い。
【発明の効果】
【００８６】
本発明は上記のように構成したので、産業上において重要な分野で利用されている加速度センサについて、その分野で一般的に利用されている加速度値から、更に１０６m/s２程度迄の広い加速度範囲において、この加速度センサの動的線形性を正確且つ容易に計測し、加速度センサの校正を容易に行うことができる。それにより加速度計測一次標準の確立に貢献できると共に、加速度計測二次標準の確立にも貢献することができ、加速度センサによる計測の信頼性が向上し、高衝撃加速度計測の信頼性が向上する。また、加速度センサの周波数特性評価の信頼性が向上し、加速度センサの動的線形性に関する国内規格が定められると共に、加速度センサの動的線形性に関する国際規格を定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するシステム概要を示す構成図である。
【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  外側発射管
７  多重発射管
８  内側飛翔体
９  内側発射装置
１０  外側飛翔体
１１  外側発射装置
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
２３  加速度センサ
２４  レーザ干渉計
２５  歪ゲージ
２６  パソコン
２７  レーザ光源
２９  カウンタ
【図１】
0004304326.tif 000045