JPH04506407A - 衝撃検出器及びそれを適用した装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は衝撃センサ及びそれを適用した装置に関する。特に、本発明は衝撃の特 性の決定（衝撃スペクトル等の決定）及び加速度と速度の測定に関する。

衝撃に晒される複合機械構造部材は振動する。この振動の低周波数成分は、構造 の異なる部分の相対変位等、衝撃に続く機械的作用に重大な影響を及ぼす。しか しながら、その特性決定は、高周波数を育する干渉成分の存在の故に困難であり 、実質的に変位には影響しないものの、測定を歪めるものである。

公知の衝撃センサは広い通過域（数１０ｋＨｚ乃至数１００ｋＨｚ）を有してい るが、これらのセンサの感度はその通過域に比例するのでこれは大きな欠点と言 える。それらは、１００ｇに近い加速度に対応する低周波数成分に関する情報を 提供せず、低周波数成分は、多数の高振幅の高周波数成分に埋没してしまう。考 察対象の衝撃の間に測定されたピーク加速度は、１０００乃至１０００００ｇで ある。

本発明の目的は、低周波数成分を高周波数成分から容易に除去できるようにし、 それにより構造各部が受ける異なった機械的影響の評価を可能とする衝撃センサ を提供することである。

本発明の他の目的は、上記センサを適用して衝撃の特性を決定し且つ使用が容易 で安価な装置を提供することである。

本発明の別の目的は、本センサが適用でき且つ使用が容易で安価なジャイロメー タを提供することである。

より詳述すれば、本発明は、構造部材に固定可能で、この構造部材に垂直な長手 方向の軸線に沿って延び且つ第一の端部により構造部材に接合可能なロッドと、 このロッドの第二の端部に接合される重りと、長手方向の軸線に垂直な軸線に沿 った振動を検出するための少なくとも一つの手段とを有する衝撃センサに関する 。

この装置は、処理される衝撃の型の関数として選定した基本共鳴振動数に同調さ せた機械的振動子を構成する。この振動子は、それを固定している構造部材か衝 撃に晒されると振動する。

このとき、振動を検出する手段は、所与の方向における重りの加速度に比例した 電気信号を供給する。適当な処理に続いて、この信号によりセンサの基部におけ る速度を決定し、更にそれから衝撃スペクトルを演揮することが可能となる。

本発明は又、上記衝撃センサが使用される装置、特に衝撃特性決定装置及びジャ イロメータに関する。

以下、本発明を非限定的な実施例及び添付図面に基づいて詳細に説明する。ここ で 図１は、本発明に係る衝撃の特性を決定する装置の概略図である。

図２は、本発明によるジャイロメータの概略図である。

図１は、衝撃の特性を決定する装置の概略図である。この装置は、構造部材即ち 台枠１４に固定される本発明に係る衝撃センサｌＯより成る。

上記衝撃センサ！０は、１　ｋＨｚ以下の基本共鳴振動数を育する。センサ１０ は、センサの基本共鳴振動数から高調波共鳴振動数を除去するための手段を備え ている。基本共鳴振動数が一定の場合、これにより高調波共鳴振動数の値は増加 する。上記手段の例を以下に示す。この手段により、センサから付与された電気 信号を処理する間に、高調波共鳴振動数の成分から基本共鳴振動数の成分を容易 に分離することが可能となる。

衝撃センサｌＯは、ねじ山の付いた第一の端部１６で終端する円筒状のロッド１ ２を存する。ロッド１２は構造部材１４と一体であり、基部１８により支持され ると共にそれに固定されている。このため、端部１６は、この目的のために構造 部材１４に設けた孔内に挿入される。ナツト２０は、孔から伸びるねじ山の付い た部分と螺合する。非作動状態において、ロッド１２は、構造部材１４に垂直な 長手方向の軸線ＡＬに沿って位置している。

溝２２を、基部１８のすぐ近く即ちセンサｌＯの足部に、ロッドの軸線ＡＬに垂 直に設けている。基本振動数は固定されているので、上記溝２０により高調波共 鳴振動数の値を高めることができる。上記溝は、この振動数の値を十倍に増加で きる。

重り即ち釣り合い重り２４は、ロッド１２の他方の端部に接合される。例えば、 アラルダイト又はシアノライト系接着剤を用いて接着により固定することができ る。

本実施例において、重り２４は円筒状であり、振動を検出するための手段を２つ 備えている。これらの手段は、重り２４内に特に形成した凹部２８に接合されて いる。これらの振動検出手段は、エンデヴコ社製の２２６Ｃ型圧電検出器２６ａ 及び２６ｂであることが望ましい。これらは、互いに垂直で且つ軸線ＡＬに対し ても垂直な２つの軸線ＡＰＩ及びＡＰ２に沿って配設される。

重り２４及び振動検出器２６ａ、２６ｂは、非作動状態においてその重心が軸線 ＡＬ上に位置する組立体を構成することが望ましい。ロッド１２の重さは、重り ２４の重さと比較して無視し得る程度である。振動センサ２６ａ、２８ｂの重さ が、重り２４の重さに加わる。

ロッド１２の曲げ強さ及び重り２４の重さは、センサ１０の共鳴振動数が最大１ 　ｋＨｚであるように選定される。更に、ロッド１２は、衝撃に耐え得る材料か ら形成される。

以下のデータは、２４５Ｈｚの基本共鳴振動数を有するセンサｌＯの一実施例を 非限定的に示す。

ロッドの有効長さく重りの基部から）：６０ｍｍロッド形成材料ニスチール　１ ５ＣＤＶ６０ッド重量：１．４グラム ロッド直径：４，５ｍｍ 溝直径：４ｍｍ 重り形成材料ニスチール　１５ＣＤＶ６（釣り合い）重りの総重量：１５グラム 重り直径：１０ｍｍ 重り高さ：２０ｍｍ 振動検出器の重さ：２，８グラム いかなる場合であっても、衝撃センサｌＯの総重量は、その支持構造部材１４の 重量より相当小さくしている。

低信号は、基本共鳴振動数の成分と高調波振動数の成分とを有衝撃センサｌＯの 基本共鳴振動数Ｆｒの２倍でよい。濾波された信号はその後、サンプラにより標 本化される。

しかしながら、好ましい態様において、これらの濾波手段は、動数で弱い干渉信 号を生じるが、これは信号の処理におしλて測少する。共鳴高調波振動数が高ま る結果、この減少により信号段３２は、例えば、受容手段３２ｂに連結された高 周波の放出手段３２ａを有する。

多重送信の場合には、逆多重化は受容手段２３ｂにより確保され、この受容手段 は標本信号に対応するディジタル信号を出力部に付与する。この出力部は、例え ばマイクロコンピュータ動数（共鳴振動数）の全て及びその減衰係数について正 確な決定が行われ、このパラメータは処理の間有効である。

入力データは、経時的な釣り合い重りの加速度を表す一連の標本に対応するディ ジタル信号により付与される。

逆たたみ込みにより、校正の間に測定された固有振動数及び構造部材１４の重さ と比較して無視し得る程度であるという事実を考慮している。

この速度は、互いに垂直な２つの方向ＡＰＩ及びＡＰ２に沿って決定される。任 意の他の方向におけるセンサ１０の基部の速度をそこから演鐸することも可能で ある。

上記加速度が二つの標本点間の部分線型関数であると仮定して、基部における速 度に基づき、加速度における衝撃スペクトルの決定が行われる。このスペクトル は、衝撃に対してめようとする特徴を表した表現である。衝撃スペクトルは、一 度決定されると、支持体上にプリントされメモリ内に保持される。

図２は、本発明に係るジャイロメータの概略図である。この箱型で硬質の支持体 ４２に固定される。センサの多対は、じゅずつなぎの状態で箱４２の２つの対向 する壁に固定された２つのセンサにより構成される。多対は、空間における３つ の方向ＯＸ、Ｏｙ及び０２の一つに沿って固定されている。各センサ１０は、２ つの振動検出器を（それぞれ横軸に沿って）備え、空間における各方向の角速度 又は速度の決定は２倍になされるので、測定を平均化すると共に信号／ノイズ比 を改善することができる。

この実施例において各センサ１０は、衝撃の作用の下で、センサの長手方向の軸 線に直角な方向における重りの加速度に比例する２種の電気信号を付与する。こ れらの信号は、浦波手段として機能するサンプラ３０の列により標本化される。

標本化は４Ｆｒ　（ＦｒはセンサＩＯの基本共鳴振動数であり、ここでは簡単化 のため各センサとも同一である）の振動数で行われる。

サンプラは低域フィルタのように作用し、その臨界振動数は２Ｆｒである。

か（して、サンプラの列の出力部において、重りの加速度を表す１２種の標本信 号が得られる。

伝送手段３２は、上記出力部に接続されている。これらの手段３２は上述したも の（図１参照）と同一であり、同様に単一の接続線から構成することができる。

マイクロコンピュータ等の処理手段３４は、伝送手段３２の出力部に接続されて いる。

先に説明した衝撃の特性を決定する装置に関しては、各センサｌＯ毎に、センサ の長手方向に直角な２つの方向における時間の関数として、センサの基部におけ る速度が演鐸される。これは各センサの先の校正の間に決定される固有振動数及 び減衰係数に関するデータを用いた逆たたみ込みにより行われる。

各センサの基部における速度及び対を形成するセンサの基部間の距離が既知であ る衝撃の場合には、一定の基準マークに対して支持体４２の角速度を演鐸するこ とが可能である。

本発明に係る衝撃センサが、その基本共鳴振動数を選定することが可能で、且つ 高調波振動数を高めることができる手段を備えているため、この衝撃センサは前 記高調波振動数の浦波を可能にするものであり、これは標本化により容易に行う ことができる。標本信号は、逆たたみ込みにより、衝撃の間のセンサの基部にお ける速度を演揮するように処理され、更にそれに基づいて衝撃スペクトルが決定 される。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８の規定による補正書）平成３年１２月２７日

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．構造部材（１４）に固定可能な衝撃センサであって、前記構造部材（１４） に垂直な長手方向の軸線（ＡＬ）に沿って延び且つ第一の端部により構造部材（ １４）に接合可能なロッド（１２）と、 前記ロッド（１２）の第二の端部に接合された重り（２４）と、 前記重り（２４）に固定され、前記長手方向の軸線（ＡＬ）に垂直な軸線に沿っ た振動を検出するための少なくとも一つの手段と、 前記センサ（１０）の基本共鳴振動数から高調波共鳴振動数を除去するための手 段と、 を備えたことを特徴とするセンサ。
2. ２．前記センサが、最大１ｋＨｚの基本共鳴振動数を有することを特徴とする請 求の範囲第１項記載のセンサ。
3. ３．前記センサが、互いに垂直で且つ長手方向の軸線に対して垂直な２つの軸線 （ＡＰ１、ＡＰ２）に沿った振動を検出するための２つの手段を有し、更に、こ の手段を重り（２４）に固定したことを特徴とする請求の範囲第１項記載のセン サ。
4. ４．前記振動検出手段が、圧電センサ（２６ａ、２６ｂ）より成ることを特徴と する請求の範囲第１項記載のセンサ。
5. ５．前記センサ（１０）が非作動状態にあるとき、前記振動検出手段を備えた重 り（２４）の重心が、長手方向の軸線（ＡＬ）上に位置するようにしたことを特 徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。
6. ６．前記センサ（１０）の基本共鳴振動数から高調波共鳴振動数を除去するため の手段が、ロッド（１２）の足部の近傍に設けた少なくとも一つの溝（２２）よ り成ることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。
7. ７．前記ロッド（１２）が円筒状であることを特徴とする請求の範囲第１項記載 のセンサ。
8. ８．前記重り（２４）が円筒状であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の センサ。
9. ９．前記振動検出手段を、重り（２４）の少なくとも一つの凹部（２８）内に固 定したことを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。
10. １０．衝撃の特性を決定する装置であって、出力部において電気信号を付与する 請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載のセンサと、前記センサ（１ ０）の出力部に接続された濾波手段と、前記濾波手段に接続され出力部に標本信 号を付与するサンプラ（３０）と、 前記サンプラ（３０）の出力部に入力部を介して接続され出力部に信号を付与す る伝送手段（３２）と、前記伝送手段（３２）の出力部に入力部を介して接続さ れた処理手段（３４）と、 を備えたことを特徴とする装置。
11. １１．前記サンプラ（３０）が濾波手段を形成していることを特徴とする請求の 範囲第１０項記載の装置。
12. １２．前記サンプラ（３０）を、センサ（１０）の基本共鳴振動数Ｆｒの４倍に 等しい標本振動数で作動させたことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の装置 。
13. １３．請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に記載の若干数のセンサ（ １０）と、 空間の３方向ｏｘ、ｏｙ、ｏｚにおける振動を検出するために対になっって接合 された少なくとも６個の手段であって、各対の各手段を異なるセンサ（１０）に より支持し、前記センサ（１０）が出力部に電気信号を付与する振動検出手段と 、前記センサ（１０）を固定した支持体（４２）と、前記センサ（１０）の出力 部に接続した複数の濾波手段と、前記濾波手段に接続されて標本信号を出力部に 付与する整列したサンプラ（３０）と、 前記整列したサンプラ（３０）の出力部に入力部を介して接続され且つ伝送され た信号を出力部に付与する伝送手段（３２）と、 前記伝送手段（３４）の出力部に入力部を介して接続され且つ伝送された信号（ ３４）を処理するための手段と、を備えたことを特徴とするジャイロメータ。
14. １４．前記複数のフィルタ手段が、整列したサンプラ（３０）より成ることを特 徴とする請求の範囲第１３項記載のジャイロメータ。
15. １５．前記整列したサンプラ（３０）の各サンプラが、対応するセンサ（１０） の基本共鳴振動数の４倍に等しい標本振動数で作動することを特徴とする請求の 範囲第１４項記載のジャイロメータ。