JP4441682B2

JP4441682B2 - 飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法とその装置

Info

Publication number: JP4441682B2
Application number: JP2003353328A
Authority: JP
Inventors: 章梅田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: JP2005121375A

Description

本発明は、飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法とその装置に関するものであり、本発明の属する技術の分野は、運動の計測が必要不可欠な分野、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、マイクロ運動デバイス等において必要となる、加速度を計測する分野である。

従来、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加速度センサのもっとも信頼性の高い校正手法とみなされ、一次標準として用いられてきた。衝撃加速度を発生させる手法としては、単純な発射管から金属製飛翔体を発射させて棒端面に衝突させ、棒内部に発生させた弾性波パルスが加速度センサを取りつけたもう一方の棒端面で反射する際にその端面において発生する衝撃加速度で加速度センサの周波数特性を評価する手法がすでに実用化されている（例えば、特許文献１参照）。また、非特許文献１に記載のように、丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、この金属球に、別の金属球を飛翔させて衝突させ、上記同様にして、棒内部に発生させた弾性波パルスが加速度センサを取りつけたもう一方の棒端面で反射する際にその端面において発生する衝撃加速度で加速度センサの周波数特性を評価する手法は国際規格化されている。なお、加速度計（加速度センサ）としては、ＡＣ加速度計（加速度センサ）とＤＣ加速度計（加速度センサ）とが知られており、周波数特性において、直流分を含まない交流周波数帯域にある入力加速度に応答するような加速度計（加速度センサ）を、ＡＣ加速度計（ＡＣ加速度センサ）といい、周波数特性において、直流分を含む交流周波数帯域にある入力加速度に応答するような加速度計（加速度センサ）を、ＤＣ加速度計（ＤＣ加速度センサ）という。

特公平６−５２２７０号公報ＩＳＯ／ＦＤＩＳ１６０６３−１３，Ｐａｒｔ１３：Ｐｒｉｍａｒｙｓｈｏｃｋｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ

しかしながら、加速度センサにおいては、通常の加速度レベル、周波数範囲における動的線形性に関する国際規格は未だに定められていない。

圧電加速度センサでは、非常に高い衝撃加速度まで計測できる製品が市場にでているが、動的計測で非常に重要なコンセプト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、高い加速度レベルまで（例えば、10^６m/s^２）実際に動的線形性が成立するのかはまったく知られていない。そもそも周波数応答は、システムを平衡点近傍で線形化し、微小変動入力に対する微小出力と、その入力信号との比で表すべきものである。ＡＣ加速度センサは、その動作原理から直流加速度を検出しないので、平衡点は入力ゼロの状態しかありえない。従って、フルスケールに近い加速度を加えて周波数応答を計測することは、明らかに原則に反することである。従って、理論上、どうしても線形性のチェックは欠かせないことになる。

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ことが困難であり、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。

そこで本発明の目的は、以上のような問題を解消した飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法とその装置を提供することにある。

さらに本発明の具体的な目的は、産業上重要な加速度レベルから例えば10^６m/s^２までの広い加速度範囲における加速度センサの動的線形性を計測する方法とその装置を提供することにある。

本発明の一態様は、発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性の計測方法において、前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、前記第１の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、前記第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行し、前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、入力加速度計測装置とによって計測し、前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とが等しい範囲内において、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを、時間領域及び周波数領域の少なくとも１つで比較することによって当該加速度センサの動的線形性が得られる範囲を計測する飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法を特徴とする。

本発明の他の態様は、発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性の計測装置において、前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を、前記第１の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、および前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を、当該第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させることによって前記丸棒の一方の端面に衝撃を加える手段と、前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、前記入力加速度計測装置の計測結果と前記丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの出力信号とを用いた計算を実行する計算手段とを具え、前記計算手段は、前記衝撃を加える手段によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、前記第１の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、前記第２の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行した際に、前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、前記入力加速度計測装置とによって計測して、前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とが等しい範囲内において、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを、時間領域及び周波数領域の少なくとも１つで比較することによって当該加速度センサの動的線形性が得られる範囲を計算する飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置を特徴とする。

ここで、前記第２の受圧体は、前記第２の飛翔体の前記発射管の一方の端側の端を膜状部材で塞ぐこととすることができる。

さらに、前記第１及び第２の飛翔体の少なくとも一方は、その衝突端部の材質がそれ以外の部分の材質と異なっていることとすることができる。

さらに、前記丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、当該金属球に前記衝撃を加えることとすることができる。

さらに、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも１つのひずみゲージであることとすることができる。

さらに、前記ひずみゲージを前記丸棒の軸方向に複数個貼りつけ、前記丸棒の一方の端面に与えた衝撃によって生じる当該端面から離れた当該丸棒の断面での弾性波パルスのひずみを、当該一方の端面からの距離zと前記衝撃開始からの時間tを変数とし、

と表し、ここで、

はスカラクの解析解の一次項、lpは前記第１または第２の飛翔体の長さ、Cpは前記第１または第２の飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度であり、
前記軸方向の貼りつけ位置毎に異なる前記各ひずみゲージ出力の波形の位相を、前記丸棒の軸方向の一点Ｌ _１における弾性波パルスのひずみ

に変換し、ここで、

は、

であり、

は、位置Ln(n=1・・・N)におけるひずみゲージの断面での平均値、L, L ^-1 は、ラプラス演算子と逆ラプラス演算子であり、
当該変換後の前記各ひずみゲージ出力を加算してノイズを低減させる信号処理を行うこととすることができる。

さらに、前記丸棒の軸方向の一点を代表位置とし、前記加速度センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該加速度センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを、前記代表位置における弾性波パルスのひずみから求めることとすることができる。

さらに、前記ひずみゲージの出力信号を、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果に基づいて求めたひずみゲージの出力信号を真のひずみに補正する補正関数

により割り算して、前記加速度センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該加速度センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを求めることとすることができる。

さらに、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、前記丸棒の一方の端面に与えた衝撃によって生じる当該端面から離れた当該丸棒の断面での弾性波パルスのひずみを級数に展開したときの解析解の少なくとも１次の項を用いることとすることができる。

さらに、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の他方の端面の運動を非接触で直接計測する装置であることとすることができる。

さらに、前記加速度センサはＡＣ加速度センサであり、前記丸棒は、前記飛翔体の衝突時に水平であることとすることができる。

さらに、前記加速度センサはＤＣ加速度センサであり、前記丸棒は、前記飛翔体の衝突時に垂直であることとすることができる。

さらに、前記第１の飛翔体および第２の飛翔体の少なくとも一方は径方向に分割され軸方向の長さが互いに異なり且つ同一軸上を互いに摺動可能な複数の部材からなる多重構造であり、前記第１乃至第３ステップの少なくとも２つを実行する際に、当該多重構造を構成する各部材の前記丸棒の一方の端面への衝突のタイミングを制御することによって前記丸棒の内部に発生する弾性波の周波数帯域幅を制御可能にすることができる。

さらに、前記第１の飛翔体の軸方向の長さは、前記第２の飛翔体の軸方向の長さよりも長く、前記第１ステップにおいて、前記第１及び第２の飛翔体を微小時間差で衝突させた場合に、当該微小衝突時間差を計測し、該微小衝突時間差の計測結果に基づいて、前記入力加速度計測装置の計測結果及び前記加速度センサの出力信号を補正することとすることができる。

本発明のさらに他の態様は、発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得方法において、前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、前記第１の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、前記第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行し、前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、入力加速度計測装置とによって計測し、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを比較し、および前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とを比較することにより、前記加速度センサの動的線形性を計測することができるデータを取得する加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得方法を特徴とする。

本発明のさらに他の態様は、発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得装置において、前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を、前記第１の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、および前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を、当該第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させることによって前記丸棒の一方の端面に衝撃を加える手段と、前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、前記入力加速度計測装置の計測結果と前記丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの出力信号とを前記加速度センサの動的線形性を計測するためのデータとして取得するデータ取得手段とを具え、前記データ取得手段は、前記衝撃を加える手段によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、前記第１の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、前記第２の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行した際に、前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、前記入力加速度計測装置とによって計測して、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを比較し、および前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とを比較することにより、前記加速度センサの動的線形性を計測することができるデータを取得する加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得装置を特徴とする。

（１）加速度センサの動的線形性を測定することができる。これによって、加速度計測一次標準の確立に貢献することができる。
（２）加速度計測二次標準の確立に貢献することができる。
（３）加速度センサによる計測の信頼性が向上する。
（４）高衝撃加速度計測、特にピーク加速度計測の信頼性が向上する。
（５）加速度センサの周波数特性評価の信頼性が向上する。周波数特性計測の前提となる動的線形性は手法がないことで国際規格に記述はない。同時に、本発明は単純な発射管でできることが長所である。
（６）加速度センサの動的線形性に関する国内規格を定めることに貢献できる。
（７）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に貢献できる。

（計測装置全体の説明）
図１の（ａ）は、加速度センサの動的線形性を計測する装置の構成を示す。１は直径に比較して長さが十分に長い金属の丸棒であって、複数箇所（図では２箇所に示す）においてボールベアリング、コロ軸受けなどから構成された点接触支持装置２によって水平に支持され、丸棒１の軸方向の剛体運動を拘束しないようになっており、このため、丸棒１内における弾性波の伝ぱへの影響が最小限に抑えられている。３は、丸棒１の一方の端面に衝撃を加える手段の一部を構成する発射管であって、互いに独立した２つの飛翔体４Ａ，４Ｂ（図１の（ｂ）参照）を高圧空気によって同時にまたは別々に駆動して飛翔させ、丸棒１の一方の端面に衝突させるように適当な固定手段によって位置決めされ固定されている。発射管３と丸棒１との間の距離は、発射管３を固定している適当な固定手段を調整することによって、または支持装置２上の丸棒１の静止位置を水平方向に動かすことによって変更することができる。飛翔体の構造に関しては後述する。

５は丸棒１の他方の端面に取り付けられた加速度センサ、６は丸棒１の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置としての複数個のひずみゲージであって、本実施形態では、丸棒１の側面（丸棒１の軸方向の両端面を除く表面）上の周方向と軸方向にそれぞれ複数個貼り付けられている。

７は丸棒１の他方の端面に照射されるレーザ光であって、不図示のレーザ干渉計から出射される。これらの加速度センサ５の検出出力信号、ひずみゲージ６の検出出力信号およびレーザ干渉計の検出出力信号は、演算装置（通常はコンピュータによって構成される）に供給され、この演算装置によって後述するような加速度センサの動的線形性の計測のための種々の演算を行う。

２つの飛翔体４Ａ，４Ｂは、図１の（ｂ）に例示すように、２重構造にすることができる。内側の飛翔体４Ａは、軸状をなしていて、その基端は、発射管３内に軸方向に気密に移動可能に設けられた受圧体としてのフランジ４Ｃの中心にねじ込まれ固定されている。外側の飛翔体４Ｂは、飛翔体４Ａの外側に互いに摺動可能に且つ発射管３の内側に気密に移動可能に配置することができる。この場合、飛翔体４Ｂの基端がフランジ４Ｃに当接した状態で、分離可能にフランジ４Ｃによって支持され、この状態において、飛翔体４Ｂの飛翔方向上の先端位置は飛翔体４Ａのそれと同じかまたは飛翔体４Ａよりは飛翔方向の下流側に突出しない長さを有している。２つの飛翔体４Ａ，４Ｂは、共に発射管３内に配置することもでき、各々単独に発射管３内に配置することもできる。

なお、フランジ４Ｃが発射管３の開口側の端から飛び出さない状態で、内側の飛翔体４Ａの先端が丸棒１の一方の端面に当るように、しかも、フランジ４Ｃの中心、すなわち、飛翔体４Ａの軸心が丸棒１の軸心と一致するように、発射管３と丸棒１の一方の端面との間の距離および位置関係が調節されている。

発射管３の閉塞側の端は、第１の開閉弁８を介して第１の高圧空気源９と、第２の開閉弁１０を介して第２の高圧空気源１１と各々接続されており、開閉弁８および１０は弁開閉制御装置１２によってその開閉が各々個別に制御される。第１の高圧空気源９内の空気圧力および第２の高圧空気源１１は各々調整可能であり、その圧力は圧力計（不図示）で計測できる。第１の開閉弁８および第１の高圧空気源９は、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂを同時に駆動するために使用される。第２の開閉弁１０および第２の高圧空気源１１は、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂを各々単独に駆動するために使用される。

飛翔体の飛翔態様について説明する。
（１）２つの飛翔体４Ａ，４Ｂの同時駆動
２つの飛翔体４Ａ，４Ｂを支持したフランジ４Ｃが発射管３の閉塞端側に位置するように２つの飛翔体４Ａ，４Ｂを発射管３内に配置する。なお、飛翔体４Ｂの基端がフランジ４Ｃに当接した状態で、分離可能にフランジ４Ｃによって支持され、この状態において、飛翔体４Ｂの飛翔方向上の先端位置が飛翔体４Ａのそれとほぼ同じであるような長さを有している飛翔体４Ｂを用いた場合を説明する。第１の開閉弁８が閉じた状態から弁開閉制御装置１２によって開にすると、高圧空気が開閉弁８を介して発射管３内に瞬時に供給され、フランジ４Ｃは、供給された高圧空気によって駆動され、この結果、フランジ４Ｃ（およびこれと一体の内側の飛翔体４Ａ）は丸棒１の一方の端面に向かって高速移動し、フランジ４Ｃによって外側の飛翔体４Ｂも同時に駆動され、飛翔して、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂは、ほぼ同時に丸棒１の一方の端面に衝突する。このときの２つの飛翔体４Ａ，４Ｂの衝突速度の測定手段に関しては後述する。なお、図１に例示するような、飛翔体４Ｂの基端がフランジ４Ｃに当接した状態で、分離可能にフランジ４Ｃによって支持され、この状態において、飛翔体４Ｂの飛翔方向上の先端位置が飛翔体４Ａのそれよりも飛翔方向の下流側に突出しない長さを飛翔体４Ｂが有している場合は、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂを同時駆動すると、まず、内側の飛翔体４Ａが丸棒１の一方の端面に衝突し、ついで、外側の飛翔体４Ｂが丸棒１の一方の端面に衝突する。このときの２つの飛翔体４Ａ，４Ｂの各々の衝突速度の測定手段に関しても後述する。

（２）内側の飛翔体４Ａの単独駆動
フランジ４Ｃが発射管３の閉塞端側に位置するように飛翔体４Ａを発射管３内に配置し、第２の開閉弁１０を閉じた状態から弁開閉制御装置１２によって開にすると、高圧空気が開閉弁１０を介して発射管３内に瞬時に供給され、フランジ４Ｃは、供給された高圧空気によって駆動され、この結果、フランジ４Ｃおよびこれと一体の内側の飛翔体４Ａは丸棒１の一方の端面に向かって高速移動し、飛翔して、飛翔体４Ａは、丸棒１の一方の端面に衝突する。このときの衝突速度は後述する測定手段によって測定されるが、第２の高圧空気源１１の圧力を調節することによって、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂの同時駆動時の衝突速度と同じ速度が得られるようにする。

（３）外側の飛翔体４Ｂの単独駆動
外側の飛翔体４Ｂの一方の端面にその内側を塞ぐように高分子膜などの軽くて薄い膜を貼り付ける。この状態で膜を貼り付けた側が発射管３の閉塞端側に位置するように飛翔体４Ｂを発射管３内に配置し、第２の開閉弁１０を閉じた状態から弁開閉制御装置１２によって開にすると、高圧空気が開閉弁１０を介して発射管３内に瞬時に供給され、飛翔体４Ｂの一方の端面に貼り付けた高分子膜などの膜は、供給された高圧空気によって駆動され、この結果、飛翔体４Ｂは丸棒１の一方の端面に向かって高速移動し、飛翔して、丸棒１の一方の端面に衝突する。このときの衝突速度は後述する測定手段によって測定されるが、第２の高圧空気源１１の圧力を調節することによって、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂの同時駆動時の衝突速度と同じ速度が得られるようにする。

飛翔体の衝突速度の測定手段について説明する。
１３はレーザ光源であって、そこから出射されたレーザ光は、２つの鏡１４（一方の鏡は半透過性であってレーザ光の一部を透過する）で反射し丸棒１の中心軸と直交してその一方の端面の近傍を通過し、２つの受光素子１５に入射する。２つの受光素子１５の受光出力は、飛翔体の丸棒１への衝突時の速度を計測するカウンタ１６に入力される。飛翔体が駆動され、飛翔して丸棒１の一方の端面に衝突する直前に、その先端が、まず、発射管３に近い側のレーザ光を遮光し、ついで、丸棒１に近い側のレーザ光を遮光する。レーザ光が遮光されると、受光素子の受光出力はオフされる。したがって、飛翔体の衝突の際に、カウンタ１６によって、２つの受光素子１５からの２つの受光出力信号のオフとオフの間のタイミングをカウントし、そのカウント結果に基づいて飛翔体の衝突速度を計測することができる。なお、以上の構成（レーザ光源１３、鏡１４、受光素子１５およびカウンタ１６）を第１の測定手段とすると、第２の測定手段として、上記同様の構成であって、レーザ光が丸棒１の中心軸から外れて丸棒１と直交するようにした測定手段をさらに設けることもできる。すなわち、この第２の測定手段は、外側の飛翔体４Ｂの先端が丸棒１の一方の端面に衝突する直前に前記レーザ光源とは別の各レーザ光源からのレーザ光を遮光するように、別のレーザ光源と、この別のレーザ光源からのレーザ光源に対する２つの鏡および２つの受光素子とが設けられ（不図示）、２つの受光素子の受光出力が共通に使用するカウンタ１６に入力され、上記同様の計測が行われる。この第２の測定手段と、上記の第１の測定手段とを併用し、カウンタ１６においてこれら２つの測定手段からの信号を同一のクロックによって処理することによって、内側の飛翔体４Ａの衝突から外側の飛翔体４Ｂの衝突までの時間差も計測することができる。

カウンタ１６の計測結果は上述した演算装置に供給され、加速度センサの動的線形性の計測に用いられる。

（演算装置において行われる演算処理の内容）
（１）レーザ干渉計による丸棒１の他方の端面の運動の計測

ここで、εの上についているドットは時間微分を表す。

ここで、a_in,L,1(t)、a_in,L,2(t)、a_in,L,1+2(t)は、レーザ干渉計の計測値から得られる丸棒１の他方の端面の加速度である。

式（１．９），（１．１０）は、上述した動的線形性の定義から導かれる数式である。動的線形性の定義は、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ax(t)+by(t)に対する出力信号がaX(t)+bY(t)となれば、動的線形性が成立するということであり、この一般的定義に対して、式（１．９），（１．１０）はａ＝１，ｂ＝１の場合を想定したものである。

これは例えば、外側の飛翔体４Ｂの方が０．１秒だけ内側の飛翔体４Ａより遅れて衝突した場合には、Δｔ＝０．１となる。

（２）ひずみゲージによる計測
（２−１）丸棒１の側面の軸方向の１箇所に貼られたひずみゲージ（周方向に複数貼られた場合も含む。この場合、検出値として周方向複数個のひずみゲージの検出値の平均値を用いる。）による計測

（２−２）丸棒１の側面の軸方向の複数箇所に貼られた複数個のひずみゲージ（軸方向上の各ひずみゲージの貼られた位置において周方向に複数個のひずみゲージが貼られた場合も含む。この場合、検出値として周方向複数個のひずみゲージの検出値の平均値を用いる。）による計測

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。

丸棒の軸方向に貼られた複数のひずみ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ひずみの計測が可能になる。

（２−３）丸棒１の側面の軸方向の１箇所に貼られたひずみゲージ（周方向に複数貼られた場合も含む。この場合、検出値として周方向複数個のひずみゲージの検出値の平均値を用いる。）による計測値の補正

（２−４）丸棒１の側面の軸方向の複数箇所に貼られた複数個のひずみゲージ（軸方向上の各ひずみゲージの貼られた位置において周方向に複数個のひずみゲージが貼られた場合も含む。この場合、検出値として周方向複数個のひずみゲージの検出値の計算による補正値の平均値を用いる。）による計測値の補正

（２−５）丸棒１の側面の軸方向の１箇所に貼られたひずみゲージ（周方向に複数貼られた場合も含む。この場合、検出値として周方向複数個のひずみゲージの検出値の平均値を用いる。）の計測値のレーザ干渉計による補正
丸棒１の側面の軸方向の一箇所に貼り付けたひずみゲージの出力を、丸棒１の他方の端面の運動を計測するレーザ干渉計で計測した結果により補正して丸棒１の他方の端面への入射弾性波パルスのひずみを求めることができる。

（２−６）丸棒１の側面の軸方向の複数箇所に貼られた複数個のひずみゲージ（軸方向上の各ひずみゲージの貼られた位置において周方向に複数個のひずみゲージが貼られた場合も含む。この場合、検出値として周方向複数個のひずみゲージの検出値の平均値を用いる。）の計測値のレーザ干渉計による補正

なお、以上の説明は、ＡＣ加速度センサに関して行ったが、本発明は、ＤＣ加速度センサに関しても同様に適用できる。加速度センサ校正装置の構成上の相違は、ＡＣ加速度センサが取り付けられた丸棒は水平に支持されているのに対し、ＤＣ加速度センサが取り付けられた丸棒は、その軸方向が重力加速度方向（垂直方向）と一致した状態で適当な把持手段によって解除可能に把持され、解除されたときにその軸方向が重力加速度方向（垂直方向）と一致した状態で落下するようになっていることである。飛翔体は、丸棒の下端面にその下方から衝突させる。ＤＣ加速度センサは、丸棒の上端面に取り付ける。そして、ＤＣ加速度センサに対して飛翔体を衝突させて測定を実施する際には、飛翔体を発射する直前に把持手段による把持を開放する。すなわち、開放によって、丸棒は空中に浮かんだ状態になり、この状態で、飛翔体が衝突し、弾性波パルスが丸棒の上端面に到達し反射してＤＣ加速度センサによる検出、ひずみゲージによる測定を行い、その後、必要に応じて落下途中の丸棒を再び把持する。飛翔体が衝突してから、ＤＣ加速度センサおよびひずみゲージから出力が得られるまでは１秒以内の極めて短時間であるので、その間の丸棒の落下距離も短い。弁開閉制御装置と把持手段との動作タイミングは、例えばコンピュータを含む制御装置によって制御することができる。

なお、図２の（ａ），（ｂ）に示す２つの飛翔体２４Ａ，２４Ｂは、上述した２つの飛翔体４Ａ，４Ｂとは別の２重構造にしたものである。この２つの飛翔体２４Ａ，２４Ｂについても、上述した飛翔体の３つの駆動態様が適用されて、上記同様にして発射管３内から発射され飛翔する。外側の飛翔体２４Ｂは、発射管３の内周面上に気密に接触して軸方向に移動可能に配置することができる管状をなしている。内側の飛翔体２４Ａは、外側の飛翔体２４Ｂの内周面上に気密に接触して軸方向に移動可能に配置することができる軸状をなしている。外側の飛翔体２４Ｂの基端は、発射管３内に軸方向に気密に移動可能に設けられた受圧体としてのフランジ２４Ｃにねじ込まれ固定されている。

図２の（ａ）に示すように、内側の飛翔体２４Ａは、発射管３の内側に気密に配置された外側の飛翔体２４Ｂの内側に互いに摺動可能に配置され、且つ、その基端がフランジ２４Ｃに当接した状態で、分離可能にフランジ２４Ｃによって支持され、この状態において、飛翔体２４Ａの飛翔方向上の先端位置は飛翔体２４Ｂのそれと同じかまたは飛翔体２４Ｂよりは飛翔方向の下流側に突出しない長さを有している。この状態において、上述した「（１）２つの飛翔体４Ａ，４Ｂの同時駆動」を適用することができる。また、この状態から、内側の飛翔体２４Ａを取り去ることによって、上述した「（３）外側の飛翔体４Ｂの単独駆動」を適用することができる。

上述した「（２）内側の飛翔体４Ａの単独駆動」を適用する際には、図２の（ｂ）に示すように、治具を用いる。すなわち、外側の飛翔体２４Ｂの代りに同一径、肉厚の管状の治具２４Ｄを発射管３の内側に挿入し、発射管３の開口端においてそこから治具２４Ｄが飛び出ないように発射管３にねじ込み固定された環状のストッパ２４Ｅを当てて抜け止めしてある。この状態において、治具２４Ｄの内側に内側の飛翔体２４Ａを挿入することによって、この内側の飛翔体２４Ａのみの単独駆動が可能になる。

さらに、内側の飛翔体４Ａ（２４Ａも同様）および外側の飛翔体４Ｂ（２４Ｂも同様）の少なくとも一方は、多重構造とすることができる。図３は、２つの飛翔体４Ａ，４Ｂを共に多重構造とした例を示す。すなわち、この多重構造は、例えば、図３に示すように、内側の飛翔体４Ａについては、フランジ４Ｃの中心上に位置するようにフランジ４Ｃにねじ込み固定された軸体４１Ａと、この軸体４１Ａの外側に摺動可能に位置する中間の管状体４２Ａと、この中間管状体４２Ａの外側に摺動可能に位置する外側管状体４３Ａとから構成することができ（中間管状体４２Ａと外側管状体４３Ａとはフランジ４Ｃから分離している）、且つ、発射管３内に収容されフランジにその基端が支持された状態で、軸体４１Ａと中間管状体４２Ａと外側管状体４３Ａとは、その長さが異なっている。すなわち、例えば、飛翔方向上の軸体４１Ａ及びフランジ４Ｃの厚みと、中間管状体４２Ａと、外側管状体４３Ａの飛翔方向の長さをそれぞれＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３とすると、Ｌ_１＞Ｌ_２＞Ｌ_３である。この場合、軸体４１Ａと中間管状体４２Ａと外側管状体４３Ａとは、フランジ４Ｃに支持された状態で、飛翔方向上の先端位置が互いに異なっているので、フランジ４Ｃの裏側に高圧空気を噴射してフランジ４Ｃを駆動することによって、軸体４１Ａと中間管状体４２Ａと外側管状体４３Ａとは同時駆動され、飛翔して、軸体４１Ａ、中間管状体４２Ａ、外側管状体４３Ａの順番に丸棒１の一方の端面に順次衝突する。軸体４１Ａ、中間管状体４２Ａ、外側管状体４３Ａの衝突時間差、すなわち、衝突タイミングはこれらの長さ、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３の互いの間の差を変えることによって制御することができる。

また、例えば、外側の飛翔体４Ｂについては、図３に示すように、多重構造を、フランジ４Ｃとは分離された３つの管状体、すなわち、発射管３の内側と摺動可能な外側管状体４３Ｂと、外側管状体４３Ｂの内側に摺動可能に位置する中間管状体４２Ｂと、中間管状体４２Ｂの内側に（内側の飛翔体４Ａと同時駆動の場合は、さらに、この内側の飛翔体４Ａと）摺動可能に位置する内側管状体４１Ｂとから構成することができ、且つ、発射管３内に収容されフランジ４Ｃにその基端が支持された状態で、内側管状体４１Ｂと中間管状体４２Ｂと外側管状体４３Ｂとは、その長さが異なっている。すなわち、例えば、内側管状体４１Ｂと、中間管状体４２Ｂと、外側管状体４３Ｂの飛翔方向上の長さをそれぞれＬ_４，Ｌ_５，Ｌ_６とすると、Ｌ_４＞Ｌ_５＞Ｌ_６である。この場合、内側管状体４１Ｂと中間管状体４２Ｂと外側管状体４３Ｂとは、フランジ４Ｃに支持された状態で、飛翔方向上の先端位置が互いに異なっているので、フランジ４Ｃの裏側に高圧空気を噴射してフランジ４Ｃを駆動することによって、内側管状体４１Ｂと中間管状体４２Ｂと外側管状体４３Ｂとは同時駆動され、飛翔して、内側管状体４１Ｂ、中間管状体４２Ｂ、外側管状体４３Ｂの順番に丸棒１の一方の端面に順次衝突する。内側管状体４１Ｂ、中間管状体４２Ｂ、外側管状体４３Ｂの衝突時間差、すなわち、衝突タイミングはこれらの長さ、Ｌ_４Ｌ_５，Ｌ_６の互いの間の差を変えることによって制御することができる。

このように内側の飛翔体４Ａおよび外側の飛翔体４Ｂの少なくとも一方を、多重構造とし、多重構造を構成する個々の部分の丸棒１の一方の端面への衝突のタイミングをずらすことにより、重ね合わせの原理により全体としての弾性波パルスの継続時間を長くすることができる。また、この継続時間も、多重構造を構成する個々の部分の丸棒１の一方の端面への衝突の時間差を変えることによって、制御することができる。

ここで、内側の飛翔体４Ａおよび外側の飛翔体４Ｂの少なくとも一方の多重構造を構成する個々の部分（ここでは、以下、３つの飛翔体構成部分という）の丸棒１の一方の端面への単独衝突により丸棒の他方の端面に発生する衝撃加速度と、３つの飛翔体構成部分を、衝突タイミングをずらして丸棒の一方の端面に連続衝突させた場合に発生する衝撃加速度との関係を、図４を用いて説明する。図４に示すように、２１は長さが最も長い飛翔体構成部分の衝突のみで発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形、２２は長さがその次に長い飛翔体構成部分の衝突のみで発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形、２３は長さが最も短い飛翔体構成部分の衝突のみで発生した、ひずみゲージにより計測された衝撃加速度の波形であり、これらから、１つの飛翔体構成部分のみの衝突によって発生する衝撃加速度の継続時間は短いことがわかる。２４は３つの飛翔体構成部分の衝突タイミングを制御して（図４では、長さが長い飛翔体構成部分の衝突からα_１の時間経過後に次に長さが長い飛翔体構成部分が衝突し、同じく、α_２（α_１＜α_２）の時間経過後に長さが最も短い飛翔体構成部分が衝突した）、重ね合わせにより全体として発生した、入射パルスのひずみ波形を示し、この全体としての衝撃加速度の継続時間α_３は、上述の個々の衝撃加速度の継続時間よりも長くなることがわかる。２５は３つの飛翔体構成部分の衝突の際に得られる、重ね合わされた衝撃加速度の波形を示す。２６は丸棒１の他方の端面で反射した弾性波パルスの合成ひずみ波形（衝撃加速度の発生には寄与しない）を示す。

なお、発射管３とその内側に位置する飛翔体との接触面には潤滑処理を施すことができる。個々の飛翔体の発射により丸棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を制御する（例えば狭くする）ために、飛翔体先端部に高分子材料、プラスティックス、木材などをとりつけることができる。あるいは、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持つような構造の飛翔体を用いることもできる。

（ａ）は本発明の実施形態における動的線形性の測定装置の構成を示す図であり、（ｂ）は２つの飛翔体の構造を示す図である。（ａ）は２つの飛翔体の発射管への収容態様の一例を示す図であり、（ｂ）は管状の治具の発射管への収容態様を示す図である。多重飛翔体の一例を示す図である。丸棒１の一方の端面への個々の飛翔体構成部分の単独衝突により丸棒の他方の端面に発生する衝撃加速度と、３つの飛翔体構成部分を、衝突タイミングをずらして丸棒の一方の端面に連続衝突させた場合に発生する衝撃加速度との関係を示す図である。

符号の説明

１金属の丸棒
２点接触支持装置
３発射管
４Ａ，４Ｂ飛翔体
４Ｄフランジ
５加速度センサ
６ひずみゲージ
８，１０弁
９，１１高圧空気源
１２弁開閉制御装置
１３レーザ光源
１４鏡
１５受光素子
１６カウンタ

Claims

発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得方法において、
前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、
前記第１の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、
前記第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行し、
前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、入力加速度計測装置とによって計測し、
前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを比較し、および前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とを比較することにより、前記加速度センサの動的線形性を計測することができるデータを取得することを特徴とする加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得方法。
発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性の計測方法において、
前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、
前記第１の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、
前記第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行し、
前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、入力加速度計測装置とによって計測し、
前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とが等しい範囲内において、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを、時間領域及び周波数領域の少なくとも１つで比較することによって当該加速度センサの動的線形性が得られる範囲を計測することを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２において、前記第２の受圧体は、前記第２の飛翔体の前記発射管の一方の端側の端を膜状部材で塞ぐことを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２または３において、前記第１及び第２の飛翔体の少なくとも一方は、その衝突端部の材質がそれ以外の部分の材質と異なっていることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至４のいずれかにおいて、前記丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、当該金属球に前記衝撃を加えることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至５のいずれかにおいて、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも１つのひずみゲージであることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項６において、前記ひずみゲージを前記丸棒の軸方向に複数個貼りつけ、
前記丸棒の一方の端面に与えた衝撃によって生じる当該端面から離れた当該丸棒の断面での弾性波パルスのひずみを、当該一方の端面からの距離zと前記衝撃開始からの時間tを変数とし、

と表し、ここで、

はスカラクの解析解の一次項、lpは前記第１または第２の飛翔体の長さ、Cpは前記第１または第２の飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度であり、
前記軸方向の貼りつけ位置毎に異なる前記各ひずみゲージ出力の波形の位相を、前記丸棒の軸方向の一点Ｌ _１における弾性波パルスのひずみ

に変換し、ここで、

は、

であり、

は、位置Ln(n=1・・・N)におけるひずみゲージの断面での平均値、L, L ^-1 は、ラプラス演算子と逆ラプラス演算子であり、
当該変換後の前記各ひずみゲージ出力を加算してノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項７において、前記丸棒の軸方向の一点を代表位置とし、前記加速度センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該加速度センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを、前記代表位置における弾性波パルスのひずみから求めることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項７において、前記ひずみゲージの出力信号を、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果に基づいて求めたひずみゲージの出力信号を真のひずみに補正する補正関数

により割り算して、前記加速度センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該加速度センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを求めることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項７または８において、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、前記丸棒の一方の端面に与えた衝撃によって生じる当該端面から離れた当該丸棒の断面での弾性波パルスのひずみを級数に展開したとき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飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至５のいずれかにおいて、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の他方の端面の運動を非接触で直接計測する装置であることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至１１のいずれかにおいて、前記加速度センサはＡＣ加速度センサであり、前記丸棒は、前記飛翔体の衝突時に水平であることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至１１のいずれかにおいて、前記加速度センサはＤＣ加速度センサであり、前記丸棒は、前記飛翔体の衝突時に垂直であることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至１３のいずれかにおいて、前記第１の飛翔体および第２の飛翔体の少なくとも一方は径方向に分割され軸方向の長さが互いに異なり且つ同一軸上を互いに摺動可能な複数の部材からなる多重構造であり、前記第１乃至第３ステップの少なくとも２つを実行する際に、当該多重構造を構成する各部材の前記丸棒の一方の端面への衝突のタイミングを制御することによって前記丸棒の内部に発生する弾性波の周波数帯域幅を制御可能にしたことを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
請求項２乃至１４のいずれかにおいて、前記第１の飛翔体の軸方向の長さは、前記第２の飛翔体の軸方向の長さよりも長く、前記第１ステップにおいて、前記第１及び第２の飛翔体を微小時間差で衝突させた場合に、当該微小衝突時間差を計測し、該微小衝突時間差の計測結果に基づいて、前記入力加速度計測装置の計測結果及び前記加速度センサの出力信号を補正することを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測方法。
発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得装置において、
前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を、前記第１の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、および前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を、当該第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させることによって前記丸棒の一方の端面に衝撃を加える手段と、
前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、
前記入力加速度計測装置の計測結果と前記丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの出力信号とを前記加速度センサの動的線形性を計測するためのデータとして取得するデータ取得手段とを具え、
前記データ取得手段は、前記衝撃を加える手段によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、前記第１の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、前記第２の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行した際に、前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、前記入力加速度計測装置とによって計測して、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを比較し、および前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とを比較することにより、前記加速度センサの動的線形性を計測することができるデータを取得することを特徴とする加速度センサの動的線形性を計測するためのデータの取得装置。
発射管内に収容された互いに独立した第１及び第２の飛翔体を、当該発射管の一方の端から当該発射管内に噴射された高圧気体の圧力により当該発射管の他方の端から飛翔させて、丸棒の一方の端面に衝突させ、当該丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの動的線形性の計測装置において、
前記第１の飛翔体は軸状であり、前記第２の飛翔体は管状であり且つ前記第１の飛翔体の外側に互いに摺動可能に且つ前記発射管の内側に気密に移動可能であり、前記第１の飛翔体に固定され、前記第２の飛翔体に当接して当該発射管内を移動する第１の受圧体によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、前記発射管内に収容された前記第１の飛翔体を、前記第１の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させ、および前記発射管内に収容された前記第２の飛翔体を、当該第２の飛翔体に固定した第２の受圧体によって、当該発射管の他方の端から飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させることによって前記丸棒の一方の端面に衝撃を加える手段と、
前記丸棒の他方の端面の運動を計測する入力加速度計測装置と、
前記入力加速度計測装置の計測結果と前記丸棒の他方の端面に取り付けた加速度センサの出力信号とを用いた計算を実行する計算手段とを具え、
前記計算手段は、前記衝撃を加える手段によって、前記第１及び第２の飛翔体を同時に駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第１ステップと、前記第１の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第２ステップと、前記第２の飛翔体を駆動し、飛翔させて前記丸棒の一方の端面に衝突させる第３ステップとを、同一衝突速度で当該各ステップを実行するという条件を満たして、複数の衝突速度で、順不同または一定の順序で実行した際に、前記各ステップ毎に、前記丸棒の一方の端面に加えられた衝撃により当該丸棒内部に発生する弾性波パルスの当該丸棒の他方の端面での反射により発生する該端面の運動を、前記加速度センサと、前記入力加速度計測装置とによって計測して、前記第１ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記入力加速度計測装置の計測結果の和とが等しい範囲内において、前記第１ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号と、前記第２及び第３ステップによって得られた前記加速度センサの出力信号の和とを、時間領域及び周波数領域の少なくとも１つで比較することによって当該加速度センサの動的線形性が得られる範囲を計算することを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７において、前記第２の受圧体は、前記第２の飛翔体の前記発射管の一方の端側の端を膜状部材で塞ぐことを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７または１８において、前記第１及び第２の飛翔体の少なくとも一方は、その衝突端部の材質がそれ以外の部分の材質と異なっていることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至１９のいずれかにおいて、前記丸棒の一方の端面に金属球を接触させて固定し、当該金属球に前記衝撃を加えることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至２０のいずれかにおいて、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の側面に貼り付けた少なくとも１つのひずみゲージであることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項２１において、前記ひずみゲージを前記丸棒の軸方向に複数個貼りつけ、
前記計測手段は、前記丸棒の一方の端面に与えた衝撃によって生じる当該端面から離れた当該丸棒の断面での弾性波パルスのひずみを、当該一方の端面からの距離zと前記衝撃開始からの時間tを変数とし、

と表し、ここで、

はスカラクの解析解の一次項、lpは前記第１または第２の飛翔体の長さ、Cpは前記第１または第２の飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度であり、
前記軸方向の貼りつけ位置毎に異なる前記各ひずみゲージ出力の波形の位相を、前記丸棒の軸方向の一点Ｌ _１における弾性波パルスのひずみ

に変換し、ここで、

は、

であり、

は、位置Ln(n=1・・・N)におけるひずみゲージの断面での平均値、L, L ^-1 は、ラプラス演算子と逆ラプラス演算子であり、
当該変換後の前記各ひずみゲージ出力を加算してノイズを低減させる信号処理を行うことを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項２２において、前記計測手段は、前記丸棒の軸方向の一点を代表位置とし、前記加速度センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該加速度センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを、前記代表位置における弾性波パルスのひずみから求めることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項２２において、前記計測手段は、前記ひずみゲージの出力信号を、前記丸棒の他方の端面の運動を直接計測するレーザ干渉計の計測結果に基づいて求めたひずみゲージの出力信号を真のひずみに補正する補正関数

により割り算して、前記加速度センサに印加された入力加速度を求めるために必要になる当該加速度センサを取り付けた丸棒端面に入射する弾性波パルスのひずみを求めることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項２２または２３のいずれかにおいて、前記計測手段は、前記ひずみゲージ出力信号から前記丸棒の他方の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、前記丸棒の一方の端面に与えた衝撃によって生じる当該端面から離れた当該丸棒の断面での弾性波パルスのひずみを級数に展開したとき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飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至２０のいずれかにおいて、前記入力加速度計測装置は、前記丸棒の他方の端面の運動を非接触で直接計測する装置であることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至２６のいずれかにおいて、前記加速度センサはＡＣ加速度センサであり、前記丸棒は、前記飛翔体の衝突時に水平であることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至２６のいずれかにおいて、前記加速度センサはＤＣ加速度センサであり、前記丸棒は、前記飛翔体の衝突時に垂直であることを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至２８のいずれかにおいて、前記第１の飛翔体および第２の飛翔体の少なくとも一方は径方向に分割され軸方向の長さが互いに異なり且つ同一軸上を互いに摺動可能な複数の部材からなる多重構造であり、当該多重構造を構成する各部材の前記丸棒の一方の端面への衝突のタイミングを制御することによって前記丸棒の内部に発生する弾性波の周波数帯域幅を制御可能にしたことを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。
請求項１７乃至２９のいずれかにおいて、前記第１の飛翔体の軸方向の長さは、前記第２の飛翔体の軸方向の長さよりも長く、前記第１ステップにおいて、前記第１及び第２の飛翔体を微小時間差で衝突させた場合に、当該微小衝突時間差を検出する検出手段をさらに有し、前記計測手段は、前記検出手段により得られた微小衝突時間差の検出結果に基づいて、前記入力加速度計測装置の計測結果及び前記加速度センサの出力信号を補正することを特徴とする飛翔体を用いた加速度センサの動的線形性の計測装置。