WO2005095998A1 - 加速度を検出するセンサの横感度を計測する方法および加速度計測方法 - Google Patents

Abstract

　加速度センサの感度マトリックスのなかの横感度を一軸振動台で求める。一軸振動台１１の上部のテーブル１２上に加速度センサ５に対して定義したＸ軸の方向が、振動台のテーブル１２の振動の方向と一致するように加速度センサ５を取り付けた立方体ブロック６を固定し、この状態でテーブル１２を振動させ、加速度を測定する。主軸感度の計測と同様にして、加速度センサ５からの測定結果と、テーブル１２の面の運動を独立に計測する計測装置の計測結果とに基づいて、Ｘ軸に関する横感度Szxを求める。同様にテーブル１２上に加速度センサ５に対して定義したＹ軸の方向が、テーブル１２の振動の方向と一致するように加速度センサ５を取り付けた立方体ブロックを固定し、Ｙ軸に関する横感度Szyを求める。

Description

明細書 加速度を検出するセンサの横感度を計測する方法および加速度計測方法 技術分野

本発明は、 加速度を検出するセンサの横感度を計測する方法および加速 度計測方法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、 自動車サスペンション制 御、 口ポット、 輸送機器、 原子力発電関連諸機器、 船舶、 宇宙航空機器、 情報機器、 人体の振動に対する応答の計測、 環境振動において、 加速度を 計測する分野である。 ここで言う加速度は、 並進加速度のみならず角加速 度、 角速度も含んでいる。 多軸のセンサの場合には、 並進加速度および角 加速度を同時に検出する多軸センサは単に〇軸加速度センサと呼ばれるの に対して、 並進加速度と角速度を同時に検出する多軸センサは、 〇軸運動 センサと呼ばれる場合がある （〇は軸の数を意味する）。 背景技術

加速度を検出するセンサとしては、 加速度センサおよび慣性センサなど が知られており、 本発明では、 ジャイロ機能、 角加速度測定機能を含む半 導体加速度計をも対象とする。 以下、 特に断らない限りは、 加速度を検出 するセンサとして、 加速度計ノ加速度センサという文言を用いて説明する 図 1は、 現状広く行われている加速度計ノ加速度センサの校正方法を示 している。 国際規格でいうと、 ISO16063-11, IS05347 partiに記述されて いる方法である。 図 2は、 IS05347 Partllに記述されている横感度を計測 する方法である。 図 1 A に示す方法は、 シングルエンドの一軸加速度センサ （加速度計） 1を並進運動を発生する一軸振動台 2のテーブル 2 a (このテーブル 2 a は本体 2 bに対して図中の両方向矢印の方向に振動する） に取り付け、 一 軸振動台 2の運動の方向と一軸加速度センサ 1の感度軸を一致させて、 取 り付けたテーブルの運動をレーザ干渉計 （不図示） で測定し、 レーザ干渉 計で測定した結果と、 加速度センサ 1の出力とを比較して校正する方法で ある。 これは一次校正法として機能する。 なお、 シングルエンド加速度計 とは、 取り付け面が一つしかない加速度計を言う。 ダブルエンド加速度計 とは、 取り付け面が 2つあり、 バックツーパック結合できる校正用加速度 計を表す。

図 1 Bに示す方法は、 ダブルエンドの一軸加速度センサ （加速度計） 3 を一軸振動台 2のテーブルに取り付け、 一軸振動台の運動の方向と一軸加 速度センサ 3の感度軸を一致させて、 取り付けたテーブルの運動をレーザ 干渉計で測定し、 レーザ干渉計で測定した結果と、 加速度センサ 3の出力 とを比較して校正する方法である。 これも、 一次校正法として機能する。 図 1 Cに示す方法は、 図 1 Bの方法で校正されたダブルエンドの参照加 速度センサ 3の感度軸と校正対象の加速度センサ 1の感度軸を一致させて 直列に結合し、 振動台の運動方向の軸と一致させて運動させて、 参照加速 度計 3と校正対象の加速度計 1の出力とを比較して校正する方法である。 これは、 二次校正法として機能する。

図 1 Dに示す方法は、 図 1 A に示されている方法に対応した角加速度検 出用の加速度センサの一次校正法である。 2 5は振動角加速度を発生する 一軸振動台であり、 円板状のテーブル 2 5 aは本体 2 5 bに対して図中の 両方向矢印の方向に回転振動する。 角加速度検出用の加速度センサ （角加 速度センサ） 2 6は、 振動角加速度を発生する一軸振動台 2 5のテーブル 2 5 aに、 中心軸 （この中心軸は感度軸と一致する） がテーブル 2 5 aの 中心に位置し且つテーブル 2 5 aと垂直になるように取り付ける。 テープ ル 2 5 aは、 その側面に光学回折格子が形成されている。 テーブル 2 5 a の振動角加速度を計測するためのレーザ干渉計からのレーザ光がテーブル 2 5 aの周縁の光学回折格子に水平に照射される。 テーブル 2 5 aを回転 振動させることによって、 角加速度センサ 2 6に感度軸周りに振動角加速 度を印加し、 テーブル 2 5 aの光学回折格子に照射するレーザ光の反射光 の変化によって検出される振動角加速度と、 校正対象角加速度センサ 2 6 の出力信号とを比較することによって、 一次校正が実施される。 現在 ISO で作成されつつある規格に記述されている方法であり、 この方法によって 参照角加速度センサが校正されるので、 図 1C に示す方法と同様に、 参照 角加速度センサと校正対象の角加速度センサを同軸にして振動角加速度を 発生する一軸振動台上に設置することにより、 同様の二次校正として機能 させることが可能になる。 現状では、 振動角加速度用の参照加速度センサ は存在しないことである。 その理由は、 規格が完成していないし、 振動角 加速度用の参照加速度センサとして機能することが実験的に立証された製 品が存在しないからである。

図 2 に示す IS05347- 11 :1993 Methods for the calibration of vibrat ion and shock pick-ups - Part 11: Tes t ing of transverse vibrat ion sensitivityに記載の横感度の求めかたを説明する。

並進加速度を検出する加速度センサ 1の感度軸に垂直な平面内で振動加 速度 (図中、 矢印 4で示す） を加える。 求めた感度を、 主軸感度で正 規化して求めるのが、 横感度である。 ISO 規格によると、 Θ (加速度セン サ 1の感度軸に垂直な平面内で加速度センサ 1 の基準位置に付けたマーキ ング 5と振動加速度 4の方向との間の角度） を変化させて横感度を求め、 最大値が得られたときの横感度の値とそのときの角度 。,,と、最小値が得ら れたときの横感度の値とそのときの角度^ ninとを報告するように、 定めて いる。 要するに、 IS05347- 11:1993 Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups - Part 11： Testing of transverse vibration sensitivityでは、 横感度パラメ一夕の個数は 1個である。 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

上述した図 1に示す方法における問題点は次の通りである。 まず、 問題 なのは、 ISO2041 Vibration and shock terminologyに記述されているよう に、 加速度計 Z加速度センサは加速度を計測するデバイスであり、 初等物 理学が教えるとおり、 また同規格にも書かれているように、 加速度はべク トル量である。 これに対し、 図 1に示す方法は、 ベクトルでの校正でない ことは、 明かである。 その理由は、 ベクトルとは大きさと方向を持つ量で あるのに対して、 図 1に示す方法では方向の情報を最初から加速度センサ に与えているからである。 にもかかわらず、 国際度量衡局が行った並進振 動加速度を用いた国際比較においても図 1に示す方法がもちいられ、 4桁 目、 5桁目にやつと違いが出るほどの高精度であるとの結果になったが、 これが加速度計ノ加速度センサの計測精度を保証するものと、 一般的に理 解されていることである。 これは明らかに誤りである。 しかし、 我が国に おいてすら、 『工業的には振動計測と加速度計測は殆ど同じである』との見 解が公に示される通り、 混乱を増幅こそすれ、 正しい理解を産業界に求め るどころの騒ぎではない、 という状況が続いている。

加速度を計測するということは、 加速度という物理量がべクトルである 以上は、 大きさと方向を計測することでなければならない。 その理由は、 加速度計は ISO2041 vibration and shock - vocabulary が述べるように、 加速度を計測するデバイスだからである。 したがって、 図 2に示す手法で は、 パラメータの個数が 1個であるので、 大きさと方向を計測することは できない。

そこで本発明の目的は以上のような問題を並進振動加速度に関しても振 動角加速度に関しても解消したべクトルとしての加速度を検出するセンサ の感度を計測する方法および加速度計測方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

本発明の一態様は、 運動を発生する一軸振動台上に治具を介して固定さ れた、 加速度を検出する少なくとも 1つのセンサに前記振動台によって振 動加速度を印加し、 前記印加によって得られた前記センサの出力値と、 前 記印加時に前記センサから独立した計測装置によって計測して得られた前 記センサへの入力加速度の計測値とに基づいて、 前記センサの感度マトリ ックスの要素の一つである横感度を計算する方法であって、 前記治具を調 節して、 前記センサへの入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸を、 前記振動の方向と一致させた状態で、 前記印加を実行することを特徴とす る。

また、 本発明の別の態様は、 並進運動を発生する一軸振動台上に冶具を 介して固定された、 並進加速度と回転角速度および回転角加速度の少なく とも 1つとを検出するセンサに前記振動台によって振動加速度を印加し、 前記印加によって得られた前記センサの出力値と、 前記印加時に前記セン サから独立した計測装置によって計測して得られた前記センサへの入力加 速度の計測値とに基づいて、 前記センサの感度マトリックスの要素の一つ である横感度を計算する方法であって、 前記治具を調節して、 前記センサ への入力加速度を定義する空間の 3軸直交座標系の座標軸を、 前記振動の 方向と一致させた状態で、 前記印加を実行することを特徴とする。

さらに、 本発明の別の態様は、 回転振動運動を発生する一軸振動台上に 治具を介して固定された、 加速度を検出する少なくとも 1つのセンサに前 記振動台によって振動加速度を印加し、 前記印加によって得られた前記セ ンサの出力値と、 前記印加時に前記センサから独立した計測装置によって 計測して得られた前記センサへの入力加速度の計測値とに基づいて、 前記 センサの感度マトリックスの要素の一つである横感度を計算する方法であ つて、 前記治具を調節して、 前記センサへの入力加速度を定義する空間の 座標系の座標軸を、 前記振動の回転軸の方向と一致させた状態で、 前記印 加を実行することを特徴とする。

さらに、 本発明の別の態様は、 回転振動運動を発生する一軸振動台上に 冶具を介して固定された、 並進加速度と回転角速度および回転角加速度の 少なくとも 1つとを検出するセンサに前記振動台によって振動加速度を印 加し、 前記印加によって得られた前記センサの出力値と、 前記印加時に前 記センサから独立した計測装置によって計測して得られた前記センサへの 入力加速度の計測値とに基づいて、 前記センサの感度マトリックスの要素 の一つである横感度を計算する方法であって、 前記治具を調節して、 前記 センサへの入力加速度を定義する空間の 3軸直交座標系の座標軸を、 前記 振動の回転軸の方向と一致させた状態で、 前記印加を実行することを特徴 とする。

さらに、 本発明の別の態様は、 加速度を検出する少なくとも 1つのセン サに関する、 上記 2つの方法によって各々計測された横感度によって加速 度を検出するセンサの感度マトリックスの要素の一つである横感度を計算 することを特徴とする。

さらに、 本発明の別の態様は、 並進加速度と回転角速度および回転角加 速度の少なくとも 1つとを検出するセンサに関する、 上記 2つの方法によ つて各々計測された横感度によって加速度を検出するセンサの感度マトリ ックスの要素の一つである横感度を計算することを特徴とする。

ここで、 前記センサは、 当該センサのケーシングが、 前記センサへの入 力加速度を定義する空間の座標系の 2個以上の座標軸に垂直な面を有する こととすることができる。

また、 前記計測装置は、 前記センサの前記面にレーザを照射するレーザ 干渉計を含むことができる。

さらに、 前記センサは、 当該センサのケーシングを、 前記センサの回転 軸を含む面上かまたは当該回転軸と平行な面上に形成された照射面を有す ることとすることができ、 前記各方法において、 前記計測装置は、 前記セ ンサの前記照射面の二箇所にレーザを照射するレーザ干渉計を含むことと することができる。

さらに、 前記センサは、 当該センサのケーシングを、 前記センサの回転 軸回りの回折格子を有することとすることができ、 前記各方法において、 前記計測装置は、 前記センサの前記照射面の二箇所にレーザを照射するレ —ザ干渉計を含むこととすることができる。

横感度に関してまとめると、 一軸振動台の発生する振動が並進運動であ つても回転運動であっても、 前記冶具を用いて校正対象の加速度センサが 検出する運動の方向を振動台が発生する運動の方向と垂直に設定すること によって、 振動台による運動の印加方向座標軸と当該加速度センサの出力 信号に対応する入力加速度の座標軸の間の横感度を決めることができる。 例えば、 前記冶具によつて、 加速度センサの Z軸方向を一軸振動台の運動 の方向とし、 加速度センサの注目する出力信号を X軸入力加速度信号に対 応させれば、 前記外部測定装置によって Z軸の運動加速度を計測すること により、 Z軸入力一X軸出力の横感度を求めることができる。 このとき、 X軸入力信号が本来の設計上並進運動に対して感度を持つのか回転運動に 対して感度を持つのかには無関係に、 Z軸方向に並進運動もしくは Z軸周 りに回転運動を印加して良い。 仮に、 Z軸周りに振動角加速度を印加した として、 X軸が本来は並進振動加速度を検出するように設計されていると すると、 想定外の回転運動にどの程度影響されるのか、 を表す横感度が求 まることになる。

さらに、 加速度を検出する N ( N ： 2以上の整数） 個のセンサを組み合 わせて加速度の N成分を求める際に、 各センサの出力に、 前記いずれかの 方法を前記各センサに適用して求めた当該センサの主軸感度と横感度とか らなる感度マトリックスの逆マトリックスをかけることによって、 加速度 の検出精度を向上させることができる。

さらに、 少なくとも 2軸の加速度を検出するセンサによって加速度を求 める際に、 当該センサの出力に、 前記いずれかの方法を前記センサに適用 して求めた当該センサの主軸感度と横感度とからなる感度マトリックスの 逆マトリックスをかけることによって、 加速度の検出精度を向上させるこ とができる。

なお、 本発明においては、 感度マトリックスを以下の通りに定義した。 まず、 加速度をベクトルとして計測するためには、 加速度センサの数学 的定義を考える必要がある。

図 3は、 加速度センサの機能の数学的定義を説明する図である。 図 3に 示すように、 加速度計 Z加速度センサの数学的機能は、 実運動空間にある ベクトルである加速度の集合 （ベクトル空間） を、 電気信号が表す加速度 の集合 （ベクトル空間） に射影することである。 ベクトル空間をベクトル 空間に射影するのは、 線形性を仮定する限りは、 数学的にはマトリックス であるから、 物理的に変換の割合を表す感度はマトリックスにならねばな らない。 したがって、 感度を表すマトリックスの全ての成分を求めること によって加速度を検出するセンサを正しく校正することができることにな る。

ベクトル空間で重要になるのが次元である。 次元とは、 空間に存在する 一次独立なベクトルの個数の最大値である。 一般論としては、 実運動のベ クトル空間の次元と、 電気信号が表す加速度信号のべクトル空間の次元が 等しいとは限らない。 振動台を用いた校正とは、 実運動のベクトル空間の 代わりに、 当該振動台が生成するべクトル空間を用いて校正対象である加 速度センサの感度を決定する作業に他ならない。 従って、 実運動のべクト ル空間の次元より振動台が生成するべクトル空間の次元を大きく設定する ことは、 物理的に意味を持つ。 例えば、 X Y Zの三次元並進加速度を検出 するように設計されている加速度センサを、 X Y Zの三次元並進および X 軸周り、 Y軸周り、 Z軸周りの六次元ベクトル空間で定義することは、 想 定外である角加速度が並進加速度の検出に及ぼす誤差を見積もるという意 味があるのである。 本発明は、 この場合にも対応する。

実運動のべクトル空間の次元あるいは加速度センサの軸の数と振動台が 生成するべクトル空間の次元が等しい場合には、 感度を表すマトリックス は正方行列になる。 振動台が生成するべクトル空間の次元が軸数よりも大 きい場合には、 感度マトリックスは、 正方行列にはならない。 正方行列に ならない形式で感度マトリックスを求めることは、 計測対象であるべクト ル空間の次元の確からしさに関連し、 最終的には計測の不確かさの見積も りには影響するので、 意味のあることである。 計測対象の質に深く係わる 問題である。 以下では、 実運動ベクトル空間の次元と加速度センサの軸数 が等しい場合のマトリックス感度について述べる。

(加速度センサが一軸の場合）

加速度センサが一軸の場合には、 加速度センサの出力軸は 1つで振動台 が生成するべクトル空間の次元を 3次元とすると、 感度マトリックスは次 のマトリックスで定義される。 x ^ S_xz J

(1)

(1)式では、 出力軸を、 X軸としており、 は、 X軸入力 （すなわち、 加 速度の方向が X軸方向であることを意味する。 以下同様） に対する X軸出 力 （すなわち、 加速度センサの出力を意味する。 以下同様） の割合を表す ので、 主軸感度であるのに対して、 は、 Y軸入力に対する X軸出力の割 合を表すので横感度、 は Z軸入力に対する X軸出力の割合を表すので 横感度である。

(加速度センサが二軸の場合）

加速度センサが二軸の場合には、 加速度センサの出力軸は 2つで振動台 が生成するべクトル空間の次元を 3次元とすると、 感度マトリックスは次 のマトリックスで定義される。

^xx ^xv S_xz

c c c

^yx ^yy )

(2)

(2)式では、 出力軸を、 第 1の軸は X軸と第 2の軸は Y軸としている。 第 1の軸に関して、 は、 X軸入力に対する X軸出力の割合を表すので、 主 軸感度であるのに対して、 は、 Y軸入力に対する X軸出力の割合を表す ので横感度、 _Sxz は Z軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度で ある。 第 2の軸に関して、 は、 X軸入力に対する Y軸出力の割合を表す ので横感度であるのに対して、 は Y軸入力に対する Y軸出力の割合を表 すので主軸感度、 は Z軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横感度 である。

(加速度センサが三軸の場合）

加速度センサが三軸の場合には、 加速度センサの出力軸は 3つで振動台 が生成するべクトル空間の次元を 3次元とすると、 感度マトリックスは次 のマトリックスで定義される。

(3)

(3)式では、 出力軸を、 第 1の軸は X軸， 第 2の軸は Y軸と第 3の軸は Z 軸としている。 第 1の軸に関して、 は、 X軸入力に対する X軸出力の割 合を表すので、 主軸感度であるのに対して、 は、 Y軸入力に対する X軸 出力の割合を表すので横感度、 _Sxz は Z軸入力に対する X軸出力の割合を 表すので横感度である。 第 2の軸に関して、 は、 X軸入力に対する Y軸 出力の割合を表すので横感度であるのに対して、 は Y軸入力に対する Y 軸出力の割合を表すので主軸感度、 は Z軸入力に対する Y軸出力の割合 を表すので横感度である。 第 3の軸に関して、 は X軸入力に対する Z軸 出力の割合を表すので横感度であり、 は Y軸入力に対する Z軸出力の割 合を表すので横感度であるのに対して、 は Z軸入力に対する Z軸出力の 割合を表すので、 主軸感度である。

(加速度センサが四軸の場合）

加速度センサが四軸の場合には、 加速度センサの出力軸は 4つで振動台 が生成するべク卜ル空間の次元を 4次元とすると、 感度マトリックスは次 のマトリックスで定義される。 x

^yx ^Syy ^syp

°zx s_zz

"px ^spy

(4)

(4)式では、 出力軸を、 第 1の軸は X軸、 第 2の軸は Y軸、 第 3の軸は Z 軸、 第 4の軸は p軸としている。 第 1の軸に関して、 は、 X軸入力に対 する X軸出力の割合を表すので、 主軸感度であるのに対して、 は、 Y軸 入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 は Z軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 は13軸入力に対する X軸出力の割合 を表すので横感度である。 第 2の軸に関して、 は、 X軸入力に対する Y 軸出力の割合を表すので横感度であるのに対して、 s_yy は Y軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので主軸感度、 は Z軸入力に対する Y軸出力の割 合を表すので横感度、 。は p軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横 感度である。 第 3の軸に関して、 は X軸入力に対する Z軸出力の割合を 表すので横感度であり、 は Y軸入力に対する Z軸出力の割合を表すので 横感度であるのに対して、 s_a は Z軸入力に対する Z軸出力の割合を表すの で主軸感度、 は 軸入力に対する Z軸出力の割合を表すので横感度であ る。 第 4の軸に関して、 は X軸入力に対する p軸出力の割合を表すので 横感度、 は丫軸入力に対する p軸出力の割合を表すので横感度、 は Z 軸入力に対する P軸出力の割合を表すので横感度、 は 軸入力に対する P軸出力の割合を表すので主軸感度である。

(加速度センサが五軸の場合）

加速度センサが五軸の場合には、 加速度センサの出力軸は 5つで振動台 が生成するべクトル空間の次元を 5次元とすると、 感度マトリックスは次 のマトリックスで定義される。

^Syy ^syz ^syp ^syq

szy

Spx ^Spy ^SPP

Sqz ^Sqp

(5)

(5)式では、 出力軸を、 第 1の軸は X軸、 第 2の軸は Y軸、 第 3の軸は Z 軸、第 4の軸は p軸、第 5の軸は Q軸としている。第 1の軸に関して、 は 、 X軸入力に対する X軸出力の割合を表すので、 主軸感度であるのに対し て、 は、 Y軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 _Sxz は Z 軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 は p軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 は q軸入力に対する X軸出力の割合 を表すので横感度である。 第 2の軸に関して、 は、 X軸入力に対する Y 軸出力の割合を表すので横感度であるのに対して、 は Y軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので主軸感度、 は Z軸入力に対する Y軸出力の割 合を表すので横感度、 は p軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横 感度、 は Q軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横感度である。 第

3の軸に関して、 は X軸入力に対する Ζ軸出力の割合を表すので横感度 であり、 は Υ軸入力に対する Ζ軸出力の割合を表すので横感度であるの に対して、 は Ζ軸入力に対する Ζ軸出力の割合を表すので主軸感度、 _Szp は P軸入力に対する Z軸出力の割合を表すので横感度、 は Q軸入力に対 する Z軸出力の割合を表すので横感度である。 第 4の軸に関して、 _5ρϊ、は X 軸入力に対する P軸出力の割合を表すので横感度、 は Y軸入力に対する P軸出力の割合を表すので横感度、 :は Z軸入力に対する p軸出力の割合 を表すので横感度、 ¾は 軸入力に対する p軸出力の割合を表すので主軸 感度、 5_ρ9は (1軸入力に対する P軸出力の割合を表すので横感度である。 第 5の軸に関して、 は X軸入力に対する Q軸出力の割合を表すので横感度 、 は丫軸入力に対する q軸出力の割合を表すので横感度、 は Z軸入力 に対する q軸出力の割合を表すので横感度、 は p軸入力に対する q軸出 力の割合を表すので横感度、 は q軸入力に対する q軸出力の割合を表す ので主軸感度である。 '

(加速度センサが六軸の場合）

加速度センサが六軸の場合には、 加速度センサの出力軸は 6つで振動台 が生成するべクトル空間の次元を 6次元とすると、 感度マトリックスは次 のマトリックスで定義される。

S_Xq

^Syx ^syp Syr

S_Zr

Spx ^SPP S_pr

^qx ^sqy ^Sqp ^s Sq_r

Srx

(6)

(6)式では、 出力軸を、 第 1の軸は X軸、 第 2の軸は Y軸、 第 3の軸は Z 軸、 第 4の軸は p軸、 第 5の軸は Q軸、 第 6の軸は r軸としている。 第 1 の軸に関して、 は、 X軸入力に対する X軸出力の割合を表すので、 主軸 感度であるのに対して、 は、 Y軸入力に対する X軸出力の割合を表すの で横感度、 _Sxz は Z軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 は P軸入力に対する X軸出力の割合を表すので横感度、 は QL軸入力に対す る X軸出力の割合を表すので横感度、 は r軸入力に対する X軸出力の割 合を表すので横感度である。 第 2の軸に関して、 は、 X軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横感度であるのに対して、 s_yy は Y軸入力に対す る Y軸出力の割合を表すので主軸感度、 s_yzは Z軸入力に対する Y軸出力の 割合を表すので横感度、 は p軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので 横感度、 は q軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横感度、 は r 軸入力に対する Y軸出力の割合を表すので横感度である。 第 3の軸に関し て、 は X軸入力に対する Z軸出力の割合を表すので横感度であり、 は

Y軸入力に対する Z軸出力の割合を表すので横感度であるのに対して、 _Szz は Z軸入力に対する Z軸出力の割合を表すので主軸感度、 _Szpは p軸入力に 対する Z軸出力の割合を表すので横感度、 は q軸入力に対する Z軸出力 の割合を表すので横感度、 は r軸入力に対する Z軸出力の割合を表すの で横感度である。 第 4の軸に関して、 は X軸入力に対する p軸出力の割 合を表すので横感度、 は Y軸入力に対する p軸出力の割合を表すので横 感度， は Z軸入力に対する p軸出力の割合を表すので横感度、 は p軸 入力に対する p軸出力の割合を表すので主軸感度、 は q軸入力に対する P軸出力の割合を表すので横感度、 は r軸入力に対する: p軸出力の割合 を表すので横感度である。 第 5の軸に関して、 は X軸入力に対する q軸 出力の割合を表すので横感度、 は丫軸入力に対する Q軸出力の割合を表 すので横感度、 _zは Z軸入力に対する Q軸出力の割合を表すので横感度、 ¾は P軸入力に対する q軸出力の割合を表すので横感度、 は Q軸入力に 対する Q軸出力の割合を表すので主軸感度、 は Γ軸入力に対する Q軸出 力の割合を表すので横感度である。 第 6の軸に関して、 は X軸入力に対 する r軸出力の割合を表すので横感度、 は Y軸入力に対す ¾ r軸出力の 割合を表すので横感度、 は Z軸入力に対する r軸出力の割合を表すので 横感度、 は 軸入力に対する r軸出力の割合を表すので横感度、 ま q 軸入力に対する r軸出力の割合を表すので横感度、 は r軸入力に対する r軸出力の割合を表すので主軸感度である。

各軸において、 対角成分は、 x， y, z , p， q, r 各軸方向の並進加速度も しくは角加速度の入力と、 当該の出力端子からの出力信号を用いて求めら れるので、 ここでは述べない。 また、 軸数の中で、 並進加速度検出の自由 度がいくつで、 回転角加速度の検出の個数がいくつになるかは、 予め決ま つているわけではないことに注意する必要がある。 4軸の加速度センサで 、 回転角加速度検出の自由度が 3で、 並進角加速度の検出の自由度が 1と いうことが在りうる事が重要である。 並進加速度を 1つでも検出する自由 度がある限り、 横感度特性があり、 それを表す横感度がある。 本発明によ つて、 その横感度を、 高価な装置を用いずに、 求めることができる。

発明の効果

発明の効果は、 以下の通りである。

( 1 ) 簡単な構造の一軸振動台と治具とを用いて加速度を検出するセンサ のマトリックス感度を計測することができる。

( 2 ) 一般的には、 加速度計測の精度が向上する。 その理由を以下に説明 する。

3軸の加速度計を、 三次元空間の並進加速度運動の測定に使うとする。 その際、 マトリックス感度は、 以下の式で定義される。

c

( _x( ) °xx ^Sxy ^xz )、

V₀y (t) = ⁼ °yx ^syy ^yz

、^flfe (り'

( 7 ) 簡単のために、 感度マトリックスの対角成分がすべて 1であり、 横感度 が ε %であったとする。

横感度を無視すると、 （1, 1, 1)方向の加速度入力 X成分、 Υ成分、 Ζ成分 をてに対して、 出力信号としての加速度の絶対値は、 ^マとなるのに対し て、 横感度 εを考慮したマトリックス感度で考えると、 出力信号としての 加速度の絶対値は (1 + 2 となる。 これを逆に考えると、正しくは ir/(l + 2_£) の入力信号として計測されるべき信号が、 、/5rとして認識されるわけである

。 このときの誤差は、 以下の (24)式によって、 2 ε %となる。

( 8 )

圧電加速度センサでは、 通常 2〜3 %の横感度があるといわれており 、 3 %の横感度は 6 %の計測誤差になる。

現在、 シリコンの微細加工による半導体加速度センサやジャイロの開発 が世界的大流行であるが、 横感度の値を説得力ある方法で計測した結果が 添えられた論文は未だに発表されていないというのが現状である。

( 3 ) 加速度計測の精度が向上することによって、 我が国産業技術の高度 化、 高付加価値化が図られる。

( 4 ) 一軸の振動発生機を用いて多軸多次元振動台を用いて校正したのと ほぼ同じ加速度センサのマトリックス感度が得られることになり、 べク卜 ルとしての加速度を計測することが可能になる。

( 5 ) 横感度を考慮することにより加速度をより正確に求めることが出来 るので、 各種強制規格を守って製作しなければならない工業製品開発にお いては、 限界設計が可能になる。 強制規格としては、 自動車乗員安全規格 (米国規格 FMVSS201規格に相当する我が国を含めた諸外国の強制法規） 、 人体振動規格 ISO8041, 2631-1, 2631-2, 2631-3, 2631-4, 2631-5などが 挙げられる。

(6) 産業用口ポットの高精度の制御が可能になる。

(7) 運動を発生する試験機 （例えば、 振動発生機など） の高性能化が進 む。

(8) ヒューマノイド口ポットによる繊細で高度な制御が可能になる。

(9) 地震計による地震の計測が、 高精度になる。

( 1 0) 人体の振動暴露規制値にもとづく人体暴露振動モニター装置の開 発につながる。

(1 1) 構造物などのための振動計測、 加速度計測の精度が向上する。 (1 2) 国際度量衡局がおこなった国際キーコンパリズンの無意味さが広 く認識されるようになり、 横感度計測のための国際比較が実施されるよう になる。

(1 3) 半導体加速度センサでは、 横感度を考えたマトリックス感度によ る表現が一般化することによって、 半導体加速度センサの性能が飛躍的に 向上する。

(14) 地殻地盤常時監視システムが実現し、 地殻変動が画像として認識 されるようになる。 図面の簡単な説明

図 1は、 加速度計/加速度センサの校正方法を説明する図である。 図 2は、 IS05347 Part 11に記述されている方法を説明する図である。 図 3は、 加速度センサの機能の数学的定義を説明する図である。

図 4は、 加速度センサの各例と加速度べクトルを説明する図である。 図 5は、 立方体ブロックへの一軸加速度センサの取り付けの一態様を 示す図である。

図 6は、 立方体プロックへの一軸加速度センサの取り付けの一態様を 簡略化して示す図である。

図 7は、 一軸加速度センサの主軸感度を計測する際の、 一軸振動台に 対する一軸加速度センサの固定の態様を示す図である。

図 8は、 一軸加速度センサへの入力加速度信号の一例をグラフ表示し た図である。

図 9は、 一軸加速度センサ 5からの出力信号の一例をグラフ表示した 図である。

図 1 0は、 立方体ブロックへの一軸加速度センサの取り付けの他の態 様を簡略化して示す図である。

図 1 1は、 立方体ブロックへの一軸加速度センサの取り付けのさらに 他の態様を簡略化して示す図である。

図 1 2は、 立方体ブロックへの半導体加速度センサの取り付けの一態 様を示す図である。

図 1 3は、 立方体ブロックへの半導体加速度センサの取り付けの他の 態様を示す図である。

図 1 4は、 立方体ブロックへの半導体加速度センサの取り付けのさら に他の態様を示す図である。

図 1 5は、 加速度センサの他の一例を示す図である。

図 1 6は、 加速度センサのさらに他の一例を説明する図である。

図 1 7は、 センサのケーシングの構造の一例を示す図である。

図 1 8は、 他のセンサの構造を説明する図である。

図 1 9は、 さらに他のセンサの構造を説明する図である。

図 2 0は、 一軸角加速度センサの主軸感度を計測する際の、 振動角加 速度を発生する一軸振動台に対する一軸角加速度センサの固定の態様を示 す図である。

図 2 1は、 立方体ブロックへの一軸角加速度センサの取り付けの他の 態様を簡略化して示す図である。

図 2 2は、 立方体ブロックへの一軸角加速度センサの取り付けのさら に他の態様を簡略化して示す図である。 発明を実施するための最良の形態

実施例では、 図 4A〜図 4 Dに示す加速度センサを用いる。

図 4 Aは 1個の一軸加速度センサ 5を治具としての立方体ブロック 6の一 面に取り付けたものであり、

図 4 Bは 2個の一軸加速度センサ 5を治具としての立方体ブロック 6の二 つの面に各々取り付けたものであり、

図 4 Cは 3個の一軸加速度センサ 5を治具としての立方体ブロック 6の三 つの面に各々取り付けたものであり、

図 4 Dは半導体加速度計 （ジャイロ機能、 角加速度測定機能を含むものも 対象とする） であり、 これも治具としての立方体ブロックの一面に取り付 ける。

なお、 以上の各センサを取り付ける立方体ブロックの各面の定義 （符号 で示した） は図 5または図 6に示す通りであり、 各センサに共通である。 図 4 Eは、 図 4 A〜図 4 Dの加速度センサに対する入力加速度を定義す る空間の座標系の座標軸 （互いに直交する X軸、 Y軸、 Z軸） と、 加速度 1 0を座標軸方向に分解した状態を示すものである。

1個の一軸加速度センサの場合 （図 4 A )

一軸加速度センサ 5として一般的な圧電型加速度センサは、 図 5のよう な形状をしており、 下端部に設けたねじ部分を治具としての立方体ブロッ ク 6の一面にねじ込み固定することによって、 一軸加速度センサ 5は立方 体ブロック 6に取り付けられる。 立方体ブロック 6は十分な形状精度およ び面精度が得られたものを使用する。 この状態では、 加速度センサ 5の主 感度軸の方向はこれを固定した立方体ブロック 6の取り付け面' 6 aと垂直 である。

ここで、 一軸加速度センサ 5の出力軸 （主感度軸） とこの出力軸に直交 する 2つの軸と入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸 （X , Υ , Z 軸） との関係を次のように定義した。 すなわち、 一軸加速度センサ 5の出 力軸である主感度軸方向を Z軸と定義した。 このため、 この出力軸 （Z軸 ) と直交する 2軸のうちの一方の軸を、 Z軸と直交し、 立方体ブロック 6 の取り付け面 6 aと直交する他の面 6 bと直交する軸に一致する軸、 すな わち X軸と定義することができ、 残りの軸を、 Z軸と直交し、 立方体プロ ック 6の取り付け面 6 aおよび他の面 6 bと直交する他の面 6 cと直交す る軸、 すなわち Y軸と定義することができる。 このように定義することに よって、 一軸加速度センサ 5における前述した IS05347Par t l l のような横 感度デ一夕の最大値および最小値とそのときの角度 ""と を求めずに、 すなわち、 このような横感度データの最大値および最小値が得れる位置と は無関係に、 一軸加速度センサ 5を立方体ブロック 6に取り付け固定する だけですむことになる （以下の例でも同様）。

したがって、 後述するように、 振動台 1 1 (図 7 ) のテーブル 1 2面上 に、 立方体ブロック 6の取り付け面 6 aと反対側の面を取り付け固定する と、 一軸加速度センサ 5の主感度軸 （Z軸） と振動台のテーブル 1 2の振 動の方向が一致する。 換言すると、 入力加速度を定義する空間の座標系の 座標軸のうち Z軸の方向に、 立方体ブロック 6およびこれに取り付けた一 軸加速度センサ 5を加振することになる。 また、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の他の面 6 bを取り付け固定すると、 一軸加 速度センサ 5の X軸と振動台のテーブル 1 2の振動の方向が一致し、 入力 加速度を定義する空間の座標系の座標軸のうち X軸の方向に、 立方体プロ ック 6およびこれに取り付けた一軸加速度センサ 5を加振することになる 。 さらに、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の他の面 6 cを取り付け固定すると、 一軸加速度センサ 5の Y軸と振動台のテープ ル 1 2の振動の方向が一致し、 入力加速度を定義する空間の座標系の座標 軸のうち Y軸の方向に、 立方体ブロック 6およびこれに取り付けた一軸加 速度センサ 5を加振することになる。

以下の説明 （図示） では一軸加速度センサ 5の形状を簡略化して図 6に 示すように円柱で描くこともある。 図 6において、 ~~は加速度センサ 5 の主軸感度軸の方向を示している。

a . 主軸感度の計測

図 7は一軸加速度センサ 5の主軸感度を計測する際の、 一軸振動台 1 1 に対する一軸加速度センサ 5の固定の態様を示すものであり、 一軸振動台 1 1の上部のテーブル 1 2上に一軸加速度センサ 5を取り付けた立方体ブ ロック 6を固定する。 テーブル 1 2は平坦であり、 図 7に示すように、 テ 一ブル 1 2が水平になるように設置された状態で当該テーブル 1 2が垂直 方向 （図中、 矢印 で示す） に振動する。 図 7における固定の態様は、 立 方体ブロック 6の一軸加速度センサ 5の取り付け面 6 aの反対側 （裏側） の面をテーブル 1 2に固定した。 したがって、 この状態では、 入力加速度 を定義する空間の座標系の座標軸の Z軸の方向が、 振動台のテーブル 1 2 の振動方向に一致しており、 この状態で振動台のテーブル 1 2を振動させ る。 テーブル 1 2面の運動加速度が一軸加速度センサ 5への入力加速度と なる。 テーブル 1 2面の運動は、 レーザ干渉計か、 またはより精度の高い 加速度センサ等の計測装置で独立に計測する。 なお、 一軸加速度センサ 5 への入力加速度の計測は、 テーブル面の運動を独立に計測して求める以外 にも、 後述のようにして求めることができる。

一軸加速度センサ 5からの測定結果を示す出力信号と、 テーブル 1 2の 面の運動を独立に計測する計測装置の計測結果を示す信号とは、 演算装置 (例えば、 コンピュータ） に供給され、 この演算装置によって、 後述のよ うな演算を行って横感度マトリックスを求める （以下に示す全ての例も同 様である）。

まず、 一軸加速度センサ 5への入力加速度信号 （すなわち、 テーブル 1 2面を直接的に計測するレーザ干渉計か、 またはより精度の高い加速度セ ンサ等の計測装置からの計測信号） と、 一軸加速度センサ 5からの出力信 号との関係を、 グラフに表すと、 例えば、 図 8， 図 9のようになる。

図 8の縦軸は、 一軸加速度センサ 5に入力した加速度を表しており、 メ 一トル/ (秒 ·秒） の単位であり、 一方、 図 9の縦軸は、 一軸加速度セン サ 5からの出力を表しており、 電圧の単位である。 図 8、 図 9の横軸は時 間であり、 両図の開始タイミングは一致している。

入力加速度を exp t)で表し、 一軸加速度センサ 5の出力信号を _fl。_z e_Xp( «i)で表すとすると、一軸加速度センサ 5の主軸感度 ( は、 以下 の式で定義される。

）

ここで、 Sの添え字の意味に関しては前記の感度マトリックスの定義 におけるそれと同様であり、 最初の添え字 （ここでは z ) は入力加速度を 定義する空間の座標系の座標軸と一致する軸であって一軸加速度センサ 5 の出力軸の方向を意味しており （ここでは Z軸）、 次の添え字 （ここでは z ) は一軸振動台のテーブルに固定した状態の一軸加速度センサの軸のうち 振動台のテーブルの振動 （加振） 方向と一致する軸を意味している （Sの 添え字に関しては以下同様）。 位相遅れや、 感度の減少は、 の項に入つ てくるので、 感度は複素数となる。

b . 横感度の計測

図 1 0に示すように、 振動台 1 1のテ一ブル 1 2に、 一軸加速度センサ 5に対して定義した X軸の方向が、 振動台のテ一ブル 1 2の振動の方向と 一致するように、 一軸加速度センサ 5を取り付けた立方体ブロック 6の面 6 bを取り付け固定した。 この状態で、 振動台のテーブル 1 2を振動させ る。 主軸感度の計測と同様にして、 一軸加速度センサ 5からの測定結果と 、 テーブル 1 2の面の運動を独立に計測する計測装置の計測結果とに基づ いて、 横感度 S_aを求める。 すなわち、

入力加速度を εχρ(;ωί)で表し、加速度センサの出力信号を"。 _z exp(j_at)で 表すとすると、 マトリックス感度における加速度センサの感度《^ ( は、 以 下の式で定義される。

„ . a_n ^oz _z exp( /iyi )

( 1 0 ) 勿論、 位相がずれたり、 ゲインが小さくなることは、 。_ζという複素数 に吸収されており、 横感度は、 角周波数の関数としての複素数となる。 同様にして、 図 1 1に示すように、 振動台 1 1のテーブル 1 2に、 一軸 加速度センサ 5に対して定義した Υ軸の方向が、 振動台のテーブル 1 2の 振動の方向と一致するように、 一軸加速度センサ 5を取り付けた立方体ブ ロック 6の取り付け面 6 cを取り付け固定した。 この状態で、 振動台のテ 一ブル 1 2を振動させる。 主軸感度の計測と同様にして、 一軸加速度セン サ 5からの測定結果と、 テーブル 1 2の面の運動を独立に計測する計測装 置の計測結果とに基づいて、 横感度 > ^を求める。 すなわち、

入力加速度を％

で表し、加速度センサ 5の出力信号を 。 _z c p(j_mt) で表すとすると、マトリックス感度における加速度センサの感度は は 、 以下の式で定義される。 a_; exp( iyi)

勿論、 位相がずれたり、 ゲインが小さくなることは、 な。 _zという複素数 に吸収されており、 横感度は、 角周波数の関数としての複素数となる。 以上から、 （1)式を参考にして、 一軸加速度センサ 5の入出力関係を立て ると、 以下の（1 2 )式が成立する （左辺が出力、 右辺が入力）。

K_oz export)

( 1 2 ) なお、 以上の説明は、 立方体ブロック 6に 1個のセンサを取り付けた例 について行ったが、 これは説明の便宜のためであって、 立方体ブロックの 一面に取り付け固定するセンサの数は 1個に限らない。 すなわち、 振動台 のテーブル面に固定可能な規模の立方体ブロックの同一面に、 複数個のセ ンサを取り付け固定して、 複数個のセンサについて同時にまたは個別に測 定を実施することもできる。 また、 振動台のテーブル面に複数個の立方体 ブロックを取り付け固定して各立方体ブロックに 1個のセンサを取り付け 、 または各立方体ブロックの一面に複数個のセンサを取り付けて、 各セン サごとに、 または各センサ同時に測定を実施することもできる。 これらの ことは、 以下の各例においても、 同様である。

2個の一軸加速度センサの場合 （図 4 B )

2個の一軸加速度センサ 5， 7を立方体ブロック 6の取り付け面 6 aと 6 bとに各々取り付け固定する。 この状態では、 加速度センサ 5の主感度 軸の方向はこれを固定した立方体ブロック 6の取り付け面 6 aと直交して おり、 加速度センサ 7の主感度軸の方向はこれを固定した立方体ブロック 6の取り付け面 6 bと直交している。 ここで、 一軸加速度センサ 5につい ては前述した図 4 Aと同様であり、 一軸加速度センサ 7の出力軸である主 感度軸方向を X軸と定義し、 この X軸と直交する 2軸である Y軸および Z 軸に関し、 この X軸と直交し、 立方体ブロック 6の取り付け面 6 cと直交 する軸に一致する軸を Y軸とし、 さらに X軸と直交し、 立方体ブロック 6 の取り付け面 6 aと直交する軸を Z軸と定義した。 したがって、 一軸加速度センサ 5の X , Υ , Z軸と振動台のテーブル 1 2の振動の方向との関係は上述の例と同様であり、 上述の通りにして、 一 軸加速度センサ 5の主軸感度 ( と横感度 ( および (ω)とを求める ことができる。

さらに、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の取り付 け面 6 bと反対側の面を取り付け固定して、 一軸加速度センサ 7の主感度 軸 （X軸） と振動台のテーブル 1 2の振動の方向を一致させた状態で、 振 動台のテーブル 1 2を振動させて立方体ブロック 6を加振することによつ て、 すなわち、 入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸のうち X軸の 方向に加振することによって、 一軸加速度センサ 7の主軸感度 ^( ）を求 めることができる。

入力加速度を exp wt)で表し、 一軸加速度センサ Ίの出力信号を _fl∞eXp(/wt)で表すとすると、一軸加速度センサ 7の主軸感度 は、以下 の式で定義される。 o^x . ( 1 3 ) 同様に、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の取り付 け面 6 cを取り付け固定して、 一軸加速度センサ 7の Υ軸と振動台のテー ブル 1 2の振動の方向を一致させた状態で、 振動台のテーブル 1 2を振動 させて立方体ブロック 6を加振することによって、 すなわち、 入力加速度 を定義する空間の座標系の座標軸のうち Υ軸の方向に加振することによつ て、 一軸加速度センサ 7の横感度 S ^ ( を求めることができる。

入力加速度を εχρ( ω t)で表し、加速度センサ 7の出力信号を"_∞ exp(;iyt) で表すとすると、 マトリックス感度における加速度センサ 7の感度 S^ ( ) は、 以下の式で定義される。 a_ox exp ( )

^Sxy(^C°) = (14)

exp(;'cyi) さらに、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の取り付 け面 6 aと反対側の面を取り付け固定して、 一軸加速度センサ 7の Z軸と 振動台のテーブル 1 2の振動の方向を一致させた状態で、 振動台のテープ ル 1 2を振動させて立方体ブロック 6を加振することによって、 すなわち 、 入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸のうち Z軸の方向に加振す ることによって、一軸加速度センサ 7の横感度 ( を求めることができる 入力加速度を εχρ(;ωί)で表し、 加速度センサ 7 の出力信号を a_ox exp( ai)で表すとすると、 マトリックス感度における加速度センサ 7の 感度 ( は、 以下の式で定義される。

S_xz{co) = (1 5)

a_iz exp (ゾ ί)

以上から、 2個の一軸加速度センサの入出力関係を立てると、 以下の ( 1 6 ) 式が成立する （左辺が出力、 右辺が入力）。

V_ox exp(/iyt)\

a_iy exp(j'a)t)

以上をまとめると、 マトリックス感度が、 （ 1 6 ) 式のように定義される とすると、 マトリックスの各要素は、 以下のような手順でもとまる。 要素 求める手順

加速度計 5と加速度計 7を取り付けたブロック全体を、 X軸方向にのみ 加振して、 加振加速度と加速度計 7の出力信号を比較して、 求める。 加速度計 5と加速度計 7を取り付けたブロック全体を、 Y軸方向にのみ 加振して、 加振加速度と加速度計 7の出力信号を比較して求める。 加速度計 5と加速度計 7を取り付けたブロック全体を、 Z軸方向にのみ 加振して、 加振加速度と加速度計 7の出力信号を比較して求める。 加速度計 5と加速度計 7を取り付けたブロック全体を、 X軸方向にのみ 加振して、 加振加速度と加速度計 5の出力信号を比較して、 求める。 加速度計 5と加速度計 7を取り付けたブロック全体を、 Y軸方向にのみ 加振して、 加振加速度と加速度計 5の出力信号を比較して求める。 加速度計 5と加速度計 7を取り付けたブロック全体を、 Z軸方向にのみ 加振して、 加振加速度と加速度計 5の出力信号を比較して求める。 勿論、 加速度計 5と加速度計 7の出力は同時に計測して良い。

3個の一軸加速度センサの場合 （図 4 C )

3個の一軸加速度センサ 5 , 7， 8を立方体ブロック 6の取り付け面 6 aと 6 bと 6 cとに各々取り付け固定する。 この状態では、 加速度センサ 5の主感度軸の方向はこれを固定した立方体ブロック 6の取り付け面 6 a と直交しており、 加速度センサ 7の主感度軸の方向はこれを固定した立方 体ブロック 6の取り付け面 6 bと直交しており、 加速度センサ 8の主感度 軸の方向はこれを固定した立方体ブロック 6の取り付け面 6 cと直交して いる。 ここで、 一軸加速度センサ 5および 7については前述した図 4 Bと 同様であり、 一軸加速度センサ 8の出力軸である主感度軸方向を Y軸と定 義し、 この Y軸と直交する 2軸である X軸および Z軸に関し、 この Y軸と 直交し、 立方体ブロック 6の取り付け面 6 と直交する軸に一致する軸を X軸とし、 さらに Y軸と直交し、 立方体ブロック 6の取り付け面 6 aと直 交する軸を Z軸と定義した。

したがって、 一軸加速度センサ 5および 7の X， Υ , Z軸と振動台のテ 一ブル 1 2の振動の方向との関係は上述の例と同様であり、 上述の通りに して、 一軸加速度センサ 5の主軸感度 O)と横感度 ( および ( と 、 一軸加速度センサ 7の主軸感度 (ω)と横感度 (ω)および ( »とを求 めることができる。

さらに、 振動台 1 1のテ一ブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の取り付 け面 6 cと反対側の面を取り付け固定して、 一軸加速度センサ 8の主感度 軸 （Y軸） と振動台のテーブル 1 2の振動の方向を一致させた状態で、 振 動台のテーブル 1 2を振動させて立方体プロック 6を加振することによつ て、 すなわち、 入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸のうち Y軸の 方向に加振することによって、一軸加速度センサ 8の主軸感度 ）を求め ることができる。

入力加速度を , _{> 6}χρ(/ωΟで表し、 一軸加速度センサ 8の出力信号を i^ expひ wt)で表すとすると、一軸加速度センサ 8の主軸感度 ^^ ）は、以下 の式で定義される。

^(ω) =— τ^— - ( 1 7 ) 同様に、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の取り 付け面 6 と反対側の面を取り付け固定して、 一軸加速度センサ 8の X軸 と振動台のテーブル 1 2の振動の方向を一致させた状態で、 振動台のテー ブル 1 2を振動させて立方体ブロック 6を加振することによって、 すなわ ち、 入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸のうち X軸の方向に加振 することによって、一軸加速度センサ 8の横感度 Ο)を求めることができ る。

入力加速度を ¾ exp(/iyt)で表し、 加速度センサ 8 の出力信号を _fl。_y exp(/i«t)で表すとすると、 マトリックス感度における加速度センサ 8の 感度 ）は、 以下の式で定義される。

^Sy_X (^) =— ~~ —Γ ( 1 8 ) さらに、 振動台 1 1のテーブル 1 2面上に、 立方体ブロック 6の取り付 け面 6 aと反対側の面を取り付け固定して、 一軸加速度センサ 8の Z軸と 振動台のテーブル 1 2の振動の方向を一致させた状態で、 振動台のテープ ル 1 2を振動させて立方体プロック 6を加振することによって、 すなわち

、 入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸のうち Z軸の方向に加振す ることによって、一軸加速度センサ 8の横感度 ( を求めることができる 入力加速度を exp(jw で表し、加速度センサ 8の出力信号を _fl。_y

で表すとすると、マトリックス感度における加速度センサ 8の感度 S^^y)は 、 以下の式で定義される。 ） = (1 9)

exp ( ）

以上から、 3個の一軸加速度センサの入出力関係を立てると、 以下の （ 2 0 ) 式が成立する （左辺が出力、 右辺が入力）。

fv_oxQ _V{jwty s \ f exp ( yt)、

V_oz exp (ゾ ωί) = (20)

、 ノ 、 exp( i)ノ 以上をまとめると、 マトリックス感度が、 （2 0 ) 式のように定義される とすると、 マトリックスの各要素は、 以下のような手順でもとまる。

要素 求める手順

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 X 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 7の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 Y 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 7の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 Z 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 7の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 X 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 8の出力信号を比較して 、 求める。

syy 加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 Y 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 8の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 Z 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 8の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 X 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 5の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 Y 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 5の出力信号を比較して 、 求める。

加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8を取り付けたブロック全体を、 Z 軸方向にのみ加振して、加振加速度と加速度計 5の出力信号を比較して 、 求める。 勿論、 加速度計 5、 加速度計 7と加速度計 8の出力は同じ方向に加振し ている際には同時に計測して良い。

半導体加速度計 （ジャイロ機能、 角加速度測定機能を含む） の場合 （図 4 D )_

半導体加速度センサ 9の場合は、 並進加速度の主感度軸を一つ持つ加速 度センサを組みあわせたものとみなすことは不可である。 すなわち、 一軸 加速度センサの場合のように、 単独に一軸加速度センサの特性を調べてそ れぞれの横感度を元に、 マトリックス感度を調べるというようなことは不 可能である。 また、 並進加速度についての感度の主軸は最大でも 3偭しか ない。 そこで、 入力加速度を定義する座標系を X軸、 Y軸、 Z軸として定 義する。 半導体加速度センサ 9の出力の軸の個数が 1個の場合には、 O X ( Oは座標の原点を示す。 以下同様） を出力軸とする。 加速度センサ 9の 出力の軸の個数が 2個の場合には、 O X、 O Yを出力軸とする。 加速度セ ンサ 9の出力の軸の個数が 3個の場合には、 O X、 O Y、 Ο Ζを出力軸と する。

なお、 加速度センサ 9は、 図 1 2〜図 1 4に示すように、 治具としての 立方体ブロック 6に取り付ける。 この立方体ブロック 6は、 振動台のテー ブル面上に取り付け固定する。 このときに、 主軸感度、 横感度は、 以下の 手順によって求めることが出来る。 但し、 出力軸 （主軸感度） は、 常に加 振加速度が存在する平面 （すなわち、 振動台のテーブル面） と垂直でなけ ればならない。 すなわち、 図 1 2に示すように、 Ζ軸が振動台のテーブル 面と垂直の場合は、 出力軸は〇Ζ、 図 1 3に示すように、 X軸が振動台の テーブル面と垂直の場合は、 出力軸は〇Χ、 図 1 4に示すように、 Υ軸が 振動台のテーブル面と垂直の場合は、 出力軸は Ο Υとなる。

要素 求める手順

X軸方向に正弦波加振して、 X軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

Y軸方向に正弦波加振して、 X軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

Z軸方向に正弦波加振して、 X軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

X軸方向に正弦波加振して、 Y軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

syy Y軸方向に正弦波加振して、 Y軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

Z軸方向に正弦波加振して、 Y軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

X軸方向に正弦波加振して、 z軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

Y軸方向に正弦波加振して、 z軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。

Z軸方向に正弦波加振して、 Z軸出力信号と加振信号から、 感度を 求める。 以上のようにして求めた、 並進加速度に関する横感度を、 その求め方と 、 入力加速度ベクトル、 出力信号ベクトル定義に基づいて、 感度マトリツ クスの第 i行 j列成分として入出力の対応関係を考慮して正しい位置に配 置していくことにより、 感度マトリックスを定義することが出来る。 この 感度マトリックスを定義するための手法は、 半導体加速度センサ 9の出力 の軸の個数が 1個の場合には、 前述した 「1個の一軸加速度センサの場合 (図 4 A)」 と同様であり、 半導体加速度センサ 9の出力の軸の個数が 2個 の場合には、 前述した 「2個の一軸加速度センサの場合 （図 4 B )」 と同様 であり、 半導体加速度センサ 9の出力の軸の個数が 3個の場合には、 前述 した 「3個の一軸加速度センサの場合 （図 4 C ) )」 と同様である。

なお、 上述した 3個の一軸加速度センサを組み合わせた例 （図 4 C ) の 場合および半導体加速度センサであって加速度の出力軸が 3つある場合は 、 加速度の検出精度をより高くすることができる。 すなわち、 これらの場 合は、 3次元空間の並進加速度だけを考えると、 以下の関係式が成立する 。 各符号の定義は前述した通りである。

(

fl¾ ..

。∞

で、 入力加速度 が、 出力加速度 から求まるためには、 マトリ ックス感度の逆マトリックスを出力加速度にかければよいが、 その前に、 逆マトリックスが存在することを説明する。

¾: = = ^ = S と仮定し、 かつ、 横感度が全て等しい と して、

Sと置くと、 以下の式が成立するので、 マトリツ クス感度の逆マトリックスを出力信号にかけて、 入力信号をより精度高く 求めることが可能となる。

5³(ε - 1)²(2£ + 1)≠0

( 2 2 ) 通常、 横感度と主軸感度の比は 1よりも小さいので、 _£≤1と仮定することは 、 妥当である。 すると、 式 （ 1 ) からマトリックス感度の逆マトリックス は存在すると考えることができる。 一軸加速度センサへの入力加速度の計測

一軸加速度センサへの入力加速度は、 一軸加速度センサにレーザ干渉計 からのレーザを直接照射して計測することができる。 そのための一軸加速 度センサのいくつかの （ケーシングの） 構造を説明する。 図 1 5に示すよ うに、 一般的な構造の一軸加速度センサ 1 3の下部は、 被検出物にねじ込 み固定するためのナツト状をしており、 その上の部分は断面円柱状をして いる。 この一般的な構造の一軸加速度センサ 1 3の上面 1 3 cは平坦であ り、 軸心と直交しており、 ここにレーザ干渉計からのレーザを照射するこ とができる。 このため、 一軸加速度センサ 1 3の上面 1 3 cに、 入力加速 度を定義する空間の座標系の X， Y, Z軸のうちの一つ （例えば Z軸） に その光路を一致させたレーザを垂直に照射することができる。 さらに、 一 軸加速度センサ 1 3の断面円柱状の部分の側面に突出部分 1 3 a， 1 3 b を形成し、 これら 2つの突出部分 1 3 a， 1 3 bを平坦な表面になるよう に且つこれら表面の間の角度が 9 0度になるように加工 （例えば十分高い 精度を有する切削加工） し、 これら 2つの突出部分 1 3 a， 1 3 bの平坦 な表面を、 一軸加速度センサ 1 3の軸心と直交するように加工した。 した がって、 これらの突出部分 1 3 a, 1 3 bの平坦な表面に、 残りの 2軸 （ X, Y軸） に光路を一致させたレ一ザ干渉計からのレーザを垂直に照射す ることができ、 これらの突出部分 1 3 a， 1 3 bと上面 1 3 cとに照射す るレーザの光路を X， Y, Z軸に高精度に一致させることができる。 この 構造は 1個の一軸加速度センサのみを使用する場合に適用できる。

また、 図 1 6 Aに示すように、 一軸加速度センサ 14の断面円柱状の部 分の側面にねじを形成する。 このねじの部分に、 図 1 6 B, Cに示すよう な環状の部品 1 5と部品 1 6とをねじ込む。 部品 1 5は、 隣接する外周の 2辺 1 5 a, 1 5 bが平坦な表面になるように且つこれら表面の間の角度 が 9 0度になるように加工 （例えば十分高い精度を有する切削加工） し、 一軸加速度センサ 14の断面円柱状の部分にねじ込んだ状態で、 これら 2 辺 1 5 a, 1 5 bの平坦な表面を、 一軸加速度センサ 1 4の軸心と直交す るように加工した。 他の部品 1 6は部品 1 5に当接してこれをセンサ 14 に固定するためのものであって、 部品 1 5の一軸加速度センサ 1 4の軸心 回りの位置を決定した後にその位置を固定することができる。 一軸加速度 センサ 14の上面 14 cは平坦であり、 軸心と直交しており、 ここにレ一 ザ干渉計からのレーザを照射することができる。 このような構造によれば 、 一軸加速度センサ 1 4の上面 1 4 cに垂直に照射するレーザの入出力光 路を入力加速度を定義する空間の座標系の X , Y , Z軸のうちの一つ （例 えば Z軸） に一致させ、 さらに、 部品 1 5の一軸加速度センサ 1 4の軸心 回りの位置を調節して、 部品 1 5の 2辺 1 5 a， 1 5 bの平坦な表面に垂 直に照射するレ一ザ干渉計からのレーザの光路を入力加速度を定義する空 間の座標系の残りの 2軸 （X， Y軸） に一致させることができる。 したが つて、 この図 1 6に示す一軸加速度センサ 1 4は、 図 4 Bまたは Cのよう に 2個または 3個を組み合わせる場合に適用できる。

なお、 図 1 5， 図 1 6に示したような一般的な構造の一軸加速度センサ 以外の一軸加速度センサでは、 その外側形状に制約が無ければ、 外側形状 の各一部に、 入力加速度を定義する空間の座標系の X軸， Y軸および Z軸 に垂直なレーザ照射面を形成することができる。 さらに、 半導体加速度セ ンサに関しても同様な構造のものを形成することができる。

角加速度、 角速度による影響を考慮する場合

さらに、 以上のようなセンサの感度マトリックスを求める際に、 当該セ ンサの回転軸回りの回転による影響を考慮することができる。

そのためのセンサのケーシングの構造を例を以下に示す。

図 1 7に示すセンサ 1 7は、 ケーシングが、 その回転軸 （この場合は主 感度軸） を含む面上に形成された平面 1 7 a， 1 7 bを有する例を示して おり、 この二つの平面 1 7 a , 1 7 bに 2つのレーザ干渉計からのレーザ を各々照射できるような構造である。 このような構造によれば、 センサ 1 7を、 回転振動運動を発生する一軸振動台 （以下、 同様） の回転中心にそ の回転軸が位置するように前記立方体ブロックを介して取り付け、 回転振 動運動を印加し、 前記印加によって得られた前記センサの出力値と、 前記 印加時に、 二つの平面 1 7 a , 1 7 bに 2つのレーザ干渉計からのレーザ を各々照射して得られた角速度振動または角加速度振動の計測値とを、 前 述した各例におけるセンサの横感度を計算する際に参照することができる 。 なお、 レーザ干渉計により計測値を算出するために必要なセンサ 1 7の 回転軸から、 平面 1 7 a， 1 7 bのレーザ照射点までの距離が明確になる ように、 平面 1 7 a， 1 7 b上には、 例えば、 目盛り表示等の指示を設け てある。

この例は基本構造を示すものであり、 センサ 1 7の側面に例えば切削加 ェによって平面 1 7 a， 1 7 bを形成することができる。

また、 回転軸を含む平面上にレーザ照射の平面を形成せずに、 回転軸と 平行な面上にレーザ照射の平面があってもよい。 図 1 8はこのような平面 を持つ構造のセンサを示す。 まず、 図 1 8 Aに示すように、 センサ 1 8の 断面円柱状の部分の側面にねじを形成する。 このねじの部分に、 図 1 8 B , Cに示すような環状の部品 1 9と部品 2 0とをねじ込む。 部品 1 9は、 隣接する外周の 2辺 1 9 a， 1 9 bがセンサ 1 8にねじ込んだ状態でその 回転軸と平行な面上に位置する平坦な表面になるように且つこれら表面の 間の角度が 9 0度になるように加工 （例えば十分高い精度を有する切削加 ェ） した。 他の部品 2 0は部品 1 9に当接してこれをセンサ 1 8に固定す るためのものであって、 部品 1 9のセンサ 1 4の軸心回りの位置を決定し た後にその位置を固定することができる。 このような構造ではセンサ 1 8 を、 回転運動を発生する一軸振動台の回転中心にその回転軸が位置するよ うに前記立方体ブロックを介して取り付け、 回転運動を印加し、 前記印加 によって得られた前記センサ 1 8の出力値と、 前記印加時に、 平面 1 8 a または 1 8 bの 2箇所に 2つのレーザ干渉計からのレーザを各々照射して 得られた角速度または角加速度の計測値とを、 前述した各例におけるセン サの横感度を計算する際に参照することができる。 なお、 レーザ干渉計に より計測値を算出するために、 センサ 1 8の回転軸から、 平面 1 8 aまた は 1 8 bまでの距離と、 平面 1 8 aまたは 1 8 b上のレーザ照射点とセン サ 1 8の回転軸との間の幾何学的関係が明確になるように、 平面 1 8 a， 1 8 b上には、 例えば、 目盛り表示等の指示を設けてある。 また、 この例 の平面 1 8 a， 1 8 bはセンサ 1 8の主感度軸方向に厚くなつており、 セ ンサ 1 8の主感度軸方向に二段に 2つのレーザ干渉計からのレーザを照射 することができ、 この場合には、 センサ 1 8の主感度軸以外の回転軸回り の角速度、 角加速度の影響を調べることができる。

さらに、 図 1 9に示すように、 センサの回転軸回りに回折格子を有する 構造とすることができる。 図 1 9 Aは、 センサ 2 1の断面円柱状の部分の 側面にねじを形成し、 このねじの部分に、 外周に回折格子を形成したリン グ状の部品 2 2をねじ込んだものである。 また、 図 1 9 Bは、 センサ 2 3 の側面に軸回りに回折格子 2 4を切削加工等により形成したものである。 このような構造のセンサ 2 1または 2 3を、 回転運動を発生する一軸振動 台の回転中心にその回転軸が位置するように前記立方体ブロックを介して 取り付け、 回転運動を印加し、 前記印加によって得られた前記センサ 2 1 または 2 3の出力値と、 前記印加時に、 回折格子 2 2または 2 4にレーザ 干渉計からのレーザを照射して得られた角速度または角加速度の計測値と を、 前述した各例におけるセンサの横感度を計算する際に参照することが できる。

角速度、 角加速度を検出する加速度センサの横感度を測定する場合

図 2 0は、 図 7に示す一軸の並進加速度センサの校正方法に対応した、 一軸の角加速度センサの校正方法を示している。 2 6は角加速度センサ、 6はその取り付けブロック、 2 7は振動角加速度を発生する一軸振動台で あり、 円板状のテーブル 2 8は一軸振動台 2 7の本体に対して図中の両方 向矢印の方向に回転振動する。 テーブル 2 8は、 その側面に光学回折格子 が形成されている。 角加速度センサの感度軸周りの振動角加速度は一軸振 動台 2 7によって作成され、 その方向は両方向矢印である ^こより示さ れる。 テーブル 2 8の振動角加速度、 すなわち、 テーブル 2 8に取り付け ブロック 6を介して取り付けた角加速度センサ 2 6に印加される振動角加 速度を計測するためのレ一ザ干渉計からのレーザ光がテ一ブル 2 8の側面 の光学回折格子に水平に照射される。 角加速度センサ 2 6の感度軸は、 テ 一ブルの取りつけ面と垂直になるよう、 取りつけブロックの各面は高い平 面度を持ち、 かつ面相互の直角度が出ていなければならない。 また、 図 7 に示されている垂直方向の一軸並進振動加速度台のテーブルに、 図 2 0に 示されている角加速度センサ 2 6をセッ卜すれば感度軸と並進加速度の方 向が一致するので、 上述した感度軸方向の並進振動加速度に関する、 横感 度を測定することが出来る。

多軸の加速度センサの場合、 あるいは並進加速度と角速度を同時に検出 する多軸のモーションセンサの場合には、 角加速度、 角速度の感度軸と振 動台の回転運動の軸を一致させることで、 その軸周りの角加速度もしくは 角速度に関するセンサの感度を決めることが出来る。 そのセンサを、 図 7 に示すように一軸並進運動振動台にセットし、 回転運動に対する感度軸と 平行に並進運動振動加速度を印加することによって、 その感度軸に対する 並進運動の横感度を測定することが出来る。 並進運動のみに感度をもつ加 速度センサでは、 横感度は物理的に横のイメージになるが、 回転運動の場 合にはそうはならない。 あくまで感度マトリックスの非対角成分の意味で の横感度である。

図 2 1では、 一軸の角加速度センサもしくは角速度センサの感度軸と垂 直となる X軸周りに回転振動運動を印加して、 角加速度または角速度の印 加による出力信号を得て横感度を測定する場合を示している。 2 6は角加 速度センサ、 6はその取り付けブロック、 2 7は振動角加速度を発生する 一軸振動台、 2 8は回折格子が側面に製作されている取りつけテーブルで ある。 角加速度センサの感度軸周りの角振動加速度は一軸振動台 2 7によ つて作成され、 その方向は両方向矢印 ~~により示される。 回転振動運動 を印加する回転軸をどこに設定するかによって、 横感度の値が変化する場 合がありうることに注意する必要がある。 全く同じ状態で図 1 0に示す一 軸の並進運動の振動台の上に設置すれば、 X 軸方向の並進振動加速度が入 力加速度として作用するときの、 角加速度センサに関する横感度を計測す ることが出来る。

多軸の加速度センサの場合、 あるいは並進加速度と角速度を同時に検出 する多軸のモーションセンサの場合には、 角加速度、 角速度の感度軸と振 動台の回転運動の軸を垂直に配置することによって、 その軸周りの角加速 度もしくは角速度に関するセンサの感度を決めることが出来る。 そのセン サを、 図 1 0に示すように一軸並進運動振動台にセットし、 回転運動に対 する感度軸とは垂直に並進運動振動加速度を印加することによって、 その 感度軸に対する並進運動の横感度を測定することが出来る。 並進運動のみ に感度をもつ加速度センサでは、 横感度は物理的に横のイメージになるが 、 回転運動の場合にはそうはならない。 あくまで感度マトリックスの非対 角成分の意味での横感度である。 並進運動加速度であれ、 角加速度、 角速 度の感度軸であれ、 感度軸に垂直方向に加速度を印加する際の印加の方向 あるいは回転中心となる軸は、 加速度を印加する入力軸のいづれか一つと 一致していなければならないことはない。 例えば、 並進加速度を検出する 二軸加速度センサが X軸入力軸、 Y軸入力軸を持つとして、 感度の計測を 、 X軸に沿った並進振動加速度、 Y軸に沿った並進振動は当然のこととし て、 Z 軸周りの角加速度を印加して横感度を定義してよいのである。 この 場合には、 3次元の空間で二軸加速度センサのマトリックス感度が求めら れたことになり、 2 X 3の感度マトリックスが得られる。

図 2 2では、 一軸の角加速度センサもしくは角速度センサの感度軸と垂 直となる Y軸周りに回転振動運動を印加して、 角加速度または角速度の印 加による出力信号を得て横感度を測定する場合を示している。 2 6は角加 速度センサ、 6はその取り付けブロック、 2 7は振動角加速度を発生する 一軸振動台、 2 8は回折格子が側面に製作されている取りつけテ一ブルで ある。 角加速度センサの感度軸周りの角振動加速度は一軸振動台 2 7によ つて作成され、 その方向は両方向矢印 ~~ ^こより示される。 回転振動運動 を印加する回転軸をどこに設定するかによって、 横感度の値が変化する場 合がありうることに注意する必要がある。 全く同じ状態で図 1 1に示す一 軸の並進運動の振動台の上に設置すれば、 Υ 軸方向の並進振動加速度が入 力加速度として作用するときの、 角加速度センサに関する横感度を計測す ることが出来る。

並進運動加速度であれ、 角加速度、 角速度の感度軸であれ、 感度軸に垂 直方向に加速度を印加する際の印加の方向あるいは回転中心となる軸は、 加速度を印加する入力軸のいづれか一つと一致していなければならないこ とはない。 例えば、 並進加速度を検出する二軸加速度センサが X軸入力軸 、 Υ軸入力軸を持つとして、 感度の計測を、 X軸に沿った並進振動加速度 、 Υ軸に沿った並進振動は当然のこととして、 Ζ 軸周りの角加速度を印加 して横感度を定義してよいのである。 この場合には、 3次元の空間で二軸 加速度センサのマトリックス感度が求められたことになり、 2 X 3の感度 マトリックスが得られる。

Claims

請求の範囲

1 . 並進運動を発生する一軸振動台上に治具を介して固定された、 加 速度を検出する少なくとも 1つのセンサに前記振動台によって振動加速度 を印加し、 前記印加によって得られた前記センサの出力値と、 前記印加時 に前記センサから独立した計測装置によって計測して得られた前記センサ への入力加速度の計測値とに基づいて、 前記センサの感度マトリックスの 要素の一つである横感度を計算する方法であって、 前記治具を調節して、 前記センサへの入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸を、 前記振動 の方向と一致させた状態で、 前記印加を実行することを特徴とする加速度 を検出するセンサの横感度を計測する方法。

2 . 並進運動を発生する一軸振動台上に冶具を介して固定された、 並 進加速度と回転角速度および回転角加速度の少なくとも 1つとを検出する センサに前記振動台によって振動加速度を印加し、 前記印加によって得ら れた前記センサの出力値と、 前記印加時に前記センサから独立した計測装 置によって計測して得られた前記センサへの入力加速度の計測値とに基づ いて、 前記センサの感度マトリックスの要素の一つである横感度を計算す る方法であって、 前記治具を調節して、 前記センサへの入力加速度を定義 する空間の 3軸直交座標系の座標軸を、 前記振動の方向と一致させた状態 で、 前記印加を実行することを特徴とする加速度を検出するセンサの横感 度を計測する方法。

3 . 加速度を検出するセンサであって、 当該センサのケーシングが、 前記センサへの入力加速度を定義する空間の座標系の 2個以上の座標軸に 垂直な面を有することを特徴とする加速度を検出するセンサ。

4 . 前記センサは請求項 3のセンサであり、 前記計測装置は、 前記セ ンサの前記面にレーザを照射するレーザ干渉計を含むことを特徴とする請 求項 1に記載のセンサの横感度を計測する方法。

5 . 前記センサは請求項 3のセンサであり、 前記計測装置は、 前記セ ンサの前記面にレーザを照射するレーザ干渉計を含むことを特徴とする請 求項 2に記載のセンサの横感度を計測する方法。

6 . 回転振動運動を発生する一軸振動台上に治具を介して固定された 、 加速度を検出する少なくとも 1つのセンサに前記振動台によって振動加 速度を印加し、 前記印加によって得られた前記センサの出力値と、 前記印 加時に前記センサから独立した計測装置によつて計測して得られた前記セ ンサへの入力加速度の計測値とに基づいて、 前記センサの感度マトリック スの要素の一つである横感度を計算する方法であって、 前記治具を調節し て、 前記センサへの入力加速度を定義する空間の座標系の座標軸を、 前記 振動の回転軸の方向と一致させた状態で、 前記印加を実行することを特徴 とする加速度を検出するセンサの横感度を計測する方法。

7 . 回転振動運動を発生する一軸振動台上に冶具を介して固定された 、 並進加速度と回転角速度および回転角加速度の少なくとも 1つとを検出 するセンサに前記振動台によって振動加速度を印加し、 前記印加によって 得られた前記センサの出力値と、 前記印加時に前記センサから独立した計 測装置によって計測して得られた前記センサへの入力加速度の計測値とに 基づいて、 前記センサの感度マトリックスの要素の一つである横感度を計 算する方法であって、 前記治具を調節して、 前記センサへの入力加速度を 定義する空間の 3軸直交座標系の座標軸を、 前記振動の回転軸の方向と一 致させた状態で、 前記印加を実行することを特徴とする加速度を検出する センサの横感度を計測する方法。

8 . 加速度を検出する N ( N ： 2以上の整数） 個のセンサを組み合わ せて加速度の N成分を求める際に、 各センサの出力に、 請求項 1， 2， 4

， 5 , 6および 7のいずれかの方法を前記各センサに適用して求めた当該 センサの主軸感度と横感度とからなる感度マトリックスの逆マトリックス をかけることによって、 加速度の検出精度を向上させることを特徴とする 加速度計測方法。

9 . 少なくとも 2軸の加速度を検出するセンサによって加速度を求め る際に、 当該センサの出力に、 請求項 1 , 2， 4 , 5 , 6および 7のいず れかの方法を前記センサに適用して求めた当該センサの主軸感度と横感度 とからなる感度マトリックスの逆マトリックスをかけることによって、 加 速度の検出精度を向上させることを特徴とする加速度計測方法。

1 0 . 請求項 1の方法によって計測された横感度と請求項 6の方法に よって計測された横感度とによって、 加速度を検出するセンサの感度マト リックスの要素の一つである横感度を計算することを特徴とする加速度を 検出するセンサの横感度を計測する方法。

1 1 . 請求項 2の方法によって計測された横感度と請求項 7の方法に よって計測された横感度とによって、 加速度を検出するセンサの感度マト リックスの要素の一つである横感度を計算することを特徴とする加速度を 検出するセンサの横感度を計測する方法。

1 2 . 加速度を検出するセンサであって、 当該センサのケーシングが 、 前記センサの回転軸を含む面上かまたは当該回転軸と平行な面上に形成 された照射面を有することを特徴とする加速度を検出するセンサ。

1 3 . 加速度を検出するセンサであって、 当該センサのケ一シングが 、 前記センサの回転軸回りの回折格子を有することを特徴とする加速度を 検出するセンサ。

1 4 . 前記センサは請求項 1 2のセンサであり、 前記計測装置は、 前 記センサの前記照射面の二箇所にレーザを照射するレーザ干渉計を含むこ とを特徴とする請求項 6 , 7および 1 0のいずれかに記載の加速度を検出 するセンサの横感度を計測する方法。

1 5 . 前記センサは請求項 1 3のセンサであり、 前記計測装置は、 前 記センサの前記回折格子にレーザを照射するレーザ干渉計を含むことを特 徴とする請求項 6， 7および 1 0のいずれかに記載の加速度を検出するセ ンサの横感度を計測する方法。