特許 7182170 ジャーク測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-24

(45)【発行日】2022-12-02

(54)【発明の名称】ジャーク測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/09 20060101AFI20221125BHJP

【ＦＩ】

G01P15/09 V

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019038881

(22)【出願日】2019-03-04

(65)【公開番号】P2020143930

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-10-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仲村 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】工藤 高裕

(72)【発明者】

【氏名】辺見 信彦

【審査官】森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－２９２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第４０６６７８６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００２１４３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジャーク測定システムであって、
加速度に応じた電荷を出力する第１センサと、
前記加速度に応じた電荷を出力する第２センサであって、前記第１センサが出力する電荷の極性とは逆極性の電荷を出力する、第２センサと、
前記第１センサが出力した電荷の流れにより生じる電流の量を示す信号と、前記第２センサが出力した電荷の流れにより生じる電流の量を示す信号とから形成される差動信号を生成する差動信号生成部と、
前記差動信号の差動成分に基づいてジャークを示す信号を生成するジャーク信号生成部と
を備え、
前記第１センサ及び前記第２センサは、圧電式の電荷出力型加速度センサ又はそれに準ずる圧電センサであり、
前記第１センサは、
特定方向の加速度に応じて負電荷を出力する第１電極と、
圧電素子と、
前記圧電素子において前記第１電極が設けられた面の反対側に設けられ、前記特定方向の加速度に応じて正電荷を出力する第２電極と
を備え、
前記第２センサは、
前記特定方向の加速度に応じた負電荷を出力する第１電極と、
圧電素子と、
前記第２センサの前記圧電素子において前記第２センサの前記第１電極が設けられた面の反対側に設けられ、前記特定方向の加速度に応じて正電荷を出力する第２電極と
を備え、
前記ジャーク測定システムは、
前記第１センサの前記第１電極及び前記第２センサの前記第２電極に荷重を加える単一の錘
をさらに備えるジャーク測定システム。

【請求項2】

前記第１センサ、前記第２センサ、前記単一の錘、及び前記差動信号生成部は、センサ筐体内に設けられ、
前記ジャーク信号生成部は、前記センサ筐体外に設けられ、
前記ジャーク測定システムは、
前記差動信号生成部が生成した前記差動信号を前記ジャーク信号生成部まで伝送する一対の差動信号線を備える差動信号ケーブル
をさらに備える請求項１に記載のジャーク測定システム。

【請求項3】

前記ジャーク信号生成部は、前記差動信号ケーブルで伝送された前記差動信号が入力され、前記ジャークを示す信号を出力する差動増幅器を備える
請求項２に記載のジャーク測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジャーク測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子に発生する電荷を電流として検出することにより、ジャークを測定する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００６－２３２８７号公報
特許文献２ 特開２０１３－１６０７４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ジャークを高いＳ／Ｎ比で測定することができるジャーク測定システムが望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第１の態様において、ジャーク測定システムが提供される。ジャーク測定システムは、加速度に応じた電荷を出力する第１センサを備える。ジャーク測定システムは、加速度に応じた電荷を出力する第２センサを備える。第２センサは、第１センサが出力する電荷の極性とは逆極性の電荷を出力する。ジャーク測定システムは、第１センサが出力した電荷の流れにより生じる電流の量を示す信号と、第２センサが出力した電荷の流れにより生じる電流の量を示す信号とから形成される差動信号を生成する差動信号生成部を備える。ジャーク測定システムは、差動信号の差動成分に基づいてジャークを示す信号を生成するジャーク信号生成部を備える。

【0005】

第１センサ及び第２センサは、圧電式の電荷出力型加速度センサ又はそれに準ずる圧電センサであってよい。

【0006】

第１センサは、特定方向の加速度に応じて負電荷を出力する第１電極を備えてよい。第１センサは、圧電素子を備えてよい。第１センサは、圧電素子において第１電極が設けられた面の反対側に設けられ、特定方向の加速度に応じて正電荷を出力する第２電極を備えてよい。第２センサは、特定方向の加速度に応じた負電荷を出力する第１電極を備えてよい。第２センサは、圧電素子を備えてよい。第２センサは、第２センサの圧電素子において第２センサの第１電極が設けられた面の反対側に設けられ、特定方向の加速度に応じて正電荷を出力する第２電極を備えてよい。ジャーク測定システムは、第１センサの第１電極及び第２センサの第２電極に荷重を加える単一の錘をさらに備えてよい。

【0007】

第１センサ、第２センサ、単一の錘、及び差動信号生成部は、センサ筐体内に設けられてよい。ジャーク信号生成部は、センサ筐体外に設けられてよい。ジャーク測定システムは、差動信号生成部が生成した差動信号をジャーク信号生成部まで伝送する一対の差動信号線を備える差動信号ケーブルをさらに備えてよい。

【0008】

ジャーク信号生成部は、差動信号ケーブルで伝送された差動信号が入力される差動増幅器を備えてよい。

【0009】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態におけるジャーク測定システム１０の機能構成を概略的に示す。

【図2】ジャークセンサ１００、差動信号ケーブル１５０、及び電圧増幅部１６０の構成を示す。

【図3】被測定物９０に鉛直上向きの加速度Ａが生じた場合の出力を模式的に示す。

【図4】被測定物９０に鉛直下向きの加速度Ａが生じた場合の出力を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0012】

図１は、一実施形態におけるジャーク測定システム１０の機能構成を概略的に示す。ジャーク測定システム１０は、ジャークセンサ１００と、差動信号ケーブル１５０と、電圧増幅部１６０とを備える。ジャーク測定システム１０は、運動する物体のジャークを高いＳ／Ｎ比で測定するためのシステムである。

【0013】

ジャークセンサ１００は、被測定物９０のジャークを測定する。ジャークは、単位時間あたりの加速度の変化率である。ジャークは、躍度、加加速度等とも呼ばれる。ジャークセンサ１００は、被測定物９０に対して固定される。ジャークセンサ１００は、振動検出部１１０と、電流電圧変換部１３０と、センサ筐体１０２とを備える。振動検出部１１０及び電流電圧変換部１３０は、センサ筐体１０２内に設けられる。電圧増幅部１６０は、センサ筐体１０２外に設けられる。センサ筐体１０２は、被測定物９０に固定される。

【0014】

振動検出部１１０は、１方向の加速度に対して、加速度に比例し互いに極性が反転した２つの電荷を出力する機能を有する。具体的には、振動検出部１１０は、特定方向の加速度が加わった場合に、加速度に比例する正電荷及び負電荷を出力する。振動検出部１１０は、出力する正電荷及び負電荷の流れである電流Ｉ及び－Ｉを出力する。振動検出部１１０が出力した電流Ｉ及び－Ｉは、電流電圧変換部１３０に入力される。

【0015】

電流電圧変換部１３０は、振動検出部１１０から出力された電荷をジャークに比例した電圧へ変換して出力する機能を有する。電流電圧変換部１３０は、電流Ｉ及び－Ｉを電圧信号に変換して、差動信号を生成する。差動信号ケーブル１５０は、電流電圧変換部１３０が生成した差動信号を一対の差動信号線を通じて、電圧増幅部１６０まで伝送する。

【0016】

電圧増幅部１６０は、電流電圧変換部１３０から出力された電圧信号に混入する電気ノイズを除去する機能を有する。具体的には、電圧増幅部１６０は、差動信号ケーブル１５０により伝送される差動信号を差動増幅することにより、被測定物９０のジャークに比例するジャーク信号を生成する。

【0017】

ジャーク測定システム１０によれば、差動信号ケーブル１５０のケーブル長が長く、電気ノイズの侵入が避けられない状況下においてもＳ／Ｎ比が高いジャークを測定することができる測定システムを提供することができる。

【0018】

一般に、センサの出力インピーダンスは大きいので、センサ出力は外部からの電気ノイズの影響を受け易く、ケーブルでノイズを拾いやすい。そのため、通常は、センサ筐体内部にプリアンプを内蔵して出力インピーダンスを小さくしてから、センサから後段回路に信号を伝送するケーブルを接続する。

【0019】

ジャークセンサにおいても同様の課題がある。例えばジャークにより生じた信号を検出するためのアンプは、プリアンプとしてセンサ筐体内に内蔵することが好ましい。しかしながら、ジャークセンサの出力を受け取る後段回路からみた前段回路の出力インピーダンスは、プリアンプの出力インピーダンスにケーブルのインピーダンスを加算したものになる。そのため、ケーブル長が長くなると結果的に出力インピーダンスが大きくなる。このため、特にケーブル長を長くせざるを得ない場合には、プリアンプによるインピーダンス変換のみではノイズの影響を避けることができなくなるという問題がある。

【0020】

このようなノイズの問題はジャークセンサにおいて特に顕著となる場合がある。例えば、ジャークセンサを用いて振動を実際に測定する場合、振動がなく安定して後段回路を設置できる場所が、振動測定を行うセンサの設置個所からから離れた場所にしか確保できない場合がある。さらに、ケーブルに入り込むノイズの周波数がジャークの測定帯域に含まれる場合、ジャークを高精度に測定できないという問題がある。

【0021】

また、ジャークセンサにおいては、検出方式により生じるノイズの問題もある。例えばジャークは加速度の微分により算出できる。しかし、例えば加速度センサの出力信号を微分すると、出力信号に含まれるノイズ成分も微分される。そのため、特に高周波ノイズが大きくなってしまい、ジャークを高精度に測定できないという問題がある。

【0022】

一般に、人間は、加速度を感じ取る感度より、ジャークを感じ取る感度の方が高いといわれている。そのため、例えば自動車、列車、エレベータ、ローラーコースター等の乗物の設計を行うときには、利用者の乗り心地や利用者の体への影響を抑制することを目的として、ジャーク量を制限するように設計される。また、人間が日常行っている運動はジャーク最小モデルで表現できるとされている。そのため、ジャーク最小モデルは、ロボットアームの制御や人間の腕等の動き予測に利用されている。したがって、ジャークを高精度に測定することが強く望まれていた。

【0023】

上述したように、ジャーク測定システム１０によれば、振動検出部１１０が、加速度に比例し互いに極性が反転した２つの電荷を出力する。そして、電流電圧変換部１３０が、振動検出部１１０から出力された電荷の流れにより生じる電流をジャークに比例した電圧へ変換して出力する。そして、電圧増幅部１６０が、出力された電圧信号に混入する電気ノイズを除去する。これにより、ジャークの信号成分を大きくすることができ、差動信号ケーブル１５０による信号伝送中に入り込むノイズを抑制し、かつ、加速度センサの出力信号を微分する必要がない。そのため、ジャークを高精度に測定することができる。

【0024】

図２は、ジャークセンサ１００、電流電圧変換部１３０、差動信号ケーブル１５０、及び電圧増幅部１６０の構成を示す。ジャークセンサ１００において、振動検出部１１０は、単一の錘２０２と、第１加速度センサ２１０と、第２加速度センサ２２０とを備える。差動信号ケーブル１５０は、グランド線と、一対の信号線２５１及び信号線２５２とを備える。

【0025】

静止状態において、第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０は、鉛直方向において錘２０２とセンサ筐体１０２の内壁との間に固定される。第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０は、錘２０２の鉛直下方の位置に並列に配置されて錘２０２を支える構成となっている。錘２０２は、剛性を有する単一の物体である。

【0026】

第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０は、加速度に応じた電荷を出力する。例えば、第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０は、圧電式の電荷出力型加速度センサである。後述するように、第２加速度センサ２２０は、第１加速度センサ２１０が出力する電荷の極性とは逆極性の電荷を出力する。第１加速度センサ２１０は、第１センサの一例である。第２加速度センサ２２０は、第２センサの一例である。

【0027】

第１加速度センサ２１０は、圧電素子２１３と、第１電極２１１と、第２電極２１２とを備える。静止状態において、第１電極２１１は圧電素子２１３の鉛直方向上端の面に設けられ、第２電極２１２は圧電素子２１３の鉛直方向下端の面に設けられる。

【0028】

第２加速度センサ２２０は、圧電素子２２３と、第１電極２２１と、第２電極２２２とを備える。静止状態において、第１電極２２１は圧電素子２２３の鉛直方向下端の面に設けられ、第２電極２２２は、圧電素子２２３の鉛直方向上端の面に設けられる。

【0029】

圧電素子２１３及び圧電素子２２３は、圧電特性とサイズが同一である。圧電素子２１３は、第２電極２１２から第１電極２１１に向かう方向に分極している。圧電素子２２３は、第２電極２２２から第１電極２２１に向かう方向に分極している。したがって、圧電素子２２３は、圧電素子２１３を上下反転したものに相当する。静止状態において、圧電素子２１３及び圧電素子２２３の分極方向は鉛直方向に沿っており、互いに逆方向となる。

【0030】

第２電極２１２と第１電極２２１とは電線２０４によって電気的に接続されている。電線２０４の電位を基準として、圧電素子２１３及び圧電素子２２３の電荷出力が取り出される。

【0031】

このように、第１加速度センサ２１０は、特定方向の加速度に応じて負電荷を出力する第１電極２１１と、圧電素子２１３と、圧電素子２１３において第１電極２１１が設けられた面の反対側に設けられ、特定方向の加速度に応じて正電荷を出力する第２電極２１２とを備える。第２加速度センサ２２０は、特定方向の加速度に応じた負電荷を出力する第１電極２２１と、圧電素子２２３と、圧電素子２２３において第１電極２２１が設けられた面の反対側に設けられ、特定方向の加速度に応じて正電荷を出力する第２電極２２２とを備える。単一の錘２０２は、第１加速度センサ２１０の第１電極２２１及び第２加速度センサ２２０の第２電極２２２に荷重を加えるように設けられる。

【0032】

電流電圧変換部１３０は、第１加速度センサ２１０が出力した電荷の流れにより生じる電流の量を示す信号と、第２加速度センサ２２０が出力した電荷の流れにより生じる電流の量を示す信号とから形成される差動信号を生成する。電流電圧変換部１３０は、差動信号生成部の一例である。

【0033】

具体的には、電流電圧変換部１３０は、オペアンプ２３２及び抵抗器２３１を含む電流電圧変換回路２３０と、オペアンプ２４２及び抵抗器２４１を含む電流電圧変換回路２４０とを備える。抵抗器２３１及び抵抗器２４１の抵抗値はＲである。

【0034】

オペアンプ２３２の反転入力端子には、第１電極２１１が電気的に接続される。オペアンプ２４２の反転入力端子には、第２電極２２２が電気的に接続される。オペアンプ２３２及びオペアンプ２４２の非反転入力端子には電線２０４が電気的に接続される。

【0035】

電流電圧変換回路２３０は、圧電素子２１３の電荷出力を電流出力に変換する。電流電圧変換回路２４０は、圧電素子２２３の電荷出力を電流出力に変換する。

【0036】

差動信号ケーブル１５０は、電流電圧変換部１３０が生成した差動信号を電圧増幅部１６０まで伝送する一対の差動信号線を備える。具体的には、差動信号ケーブル１５０は、信号線２５１及び信号線２５２と、グランド線２５３とを備える。信号線２５１及び信号線２５２は、一対の差動信号線を形成する。

【0037】

オペアンプ２３２の出力端子は、信号線２５１に電気的に接続される。オペアンプ２４２の出力端子は、信号線２５２に電気的に接続される。電線２０４はグランド線２５３に電気的に接続される。

【0038】

電圧増幅部１６０は、差動信号の差動成分に基づいてジャークを示す信号を生成する。電圧増幅部１６０は、ジャーク信号生成部の一例である。電圧増幅部１６０は、電圧増幅部１６０の差動信号線で伝送された差動信号が入力される差動増幅器を備える。

【0039】

具体的には、電圧増幅部１６０は、オペアンプ１６６と、抵抗器１６１と、抵抗器１６２と、抵抗器１６３と、抵抗器１６４とを備える。抵抗器１６１及び抵抗器１６２の抵抗値はＲ１である。抵抗器１６３及び抵抗器１６４の抵抗値はＲ２である。

【0040】

信号線２５１は、抵抗器１６１の一端に電気的に接続される。抵抗器１６１の他端は、オペアンプ１６６の反転入力端子と、抵抗器１６３の一端とに電気的に接続される。抵抗器１６３の他端は、オペアンプ１６６の出力端子に電気的に接続される。

【0041】

信号線２５２は、抵抗器１６２の一端に接続される。抵抗器１６２の他端は、オペアンプ１６６の非反転入力端子と、抵抗器１６４の一端とに電気的に接続される。抵抗器１６４の他端は、グランド線２５３に電気的に接続される。グランド線とオペアンプ１６６の出力端子との間の電圧信号Ｖｏがジャーク信号となる。

【0042】

図３は、被測定物９０に鉛直上向きの加速度Ａが生じた場合の出力を模式的に示す。符号３００で示されるように被測定物９０に鉛直上向きの加速度が生じると、圧電素子２１３及び圧電素子２２３は、符号３１０で示されるように、錘２０２から鉛直下向きの慣性力を受けて圧縮変形する。この圧縮変形は、圧電素子２１３及び圧電素子２２３の分極を弱めるように働く。これにより、圧電素子２１３の鉛直上方の第１電極２１１には負電荷が出力され、鉛直下方の第２電極２１２には正電荷が出力される。

【0043】

一方、圧電素子２２３が生成する電荷の極性は、配置上、圧電素子２１３が生成する電荷の極性とは逆になり、鉛直上方の第２電極２２２に正電荷、鉛直下方の第１電極２２１に負電荷が出力される。このように、圧電素子２１３及び圧電素子２２３から互いに極性が反転した電荷出力が得られる。

【0044】

上述したように圧電素子２１３及び圧電素子２２３はサイズ及び圧電特性が同一であり、圧電素子２１３及び圧電素子２２３が共通の錘２０２を支えているので、圧電素子２１３及び圧電素子２２３にかかる慣性力は等しい。そのため、第１加速度センサ２１０の第１電極２１１及び第２電極２１２から出力される電荷の量は、第２加速度センサ２２０の第１電極２２１及び第２電極２２２から出力される電荷の量と同じとなる。これらの電荷量は、慣性力の大きさに比例する。慣性力は、被測定物９０の加速度に比例する。そのため、第１電極２１１及び第２電極２１２から出力される電荷の量と、第１電極２２１及び第２電極２２２から出力される電荷の量は、加速度の大きさに比例することとなる。

【0045】

そのため、第１電極２１１及び第２電極２１２と第１電極２２１及び第２電極２２２に出力される電荷の極性を考慮すれば、電線２０４の電位を基準としたとき、圧電素子２１３が出力する電荷により生じる電圧と、圧電素子２２３が出力する電荷により生じる電圧とは、大きさが等しく、位相が反転したものとなる。

【0046】

圧電素子２１３が出力した電荷の流れによる電流は、電流電圧変換回路２３０の抵抗器２３１を流れる。圧電素子２２３が出力した電荷の流れによる電流は、電流電圧変換回路２４０の抵抗器２４１を流れる。

【0047】

上述したように圧電素子２１３と圧電素子２２３が出力した電荷により生じる電圧は、大きさが等しく位相が反転している。それぞれの圧電素子が出力した電荷の流れによる電流についても、同様の関係が成立する。したがって、圧電素子２１３の出力電荷が第１電極２１１に向かって抵抗器２３１を流れることにより生じる電流をＩとすると、圧電素子２２３の出力電荷がオペアンプ２４２の出力端子に向かって抵抗器２４１を流れることにより生じる電流がIとなる。よって、電線２０４の電位を基準としたとき、オペアンプ２３２の出力端子の電圧はＲＩ、オペアンプ２４２の出力端子の電圧は－ＲＩとなる。

【0048】

ここで、上述したように圧電素子２１３及び圧電素子２２３が出力する電荷は加速度に比例しており、回路を短絡した場合に流れる電流は電荷の時間微分であるので、抵抗器２３１を流れる電流及び抵抗器２４１を流れる電流の大きさは、ジャークに比例することになる。したがって、オペアンプ２３２及びオペアンプ２４２の出力端子の電圧は、ジャークに比例した電圧となる。

【0049】

差動信号ケーブル１５０の信号線２５１及び信号線２５２は、それぞれＲＩ及び－ＲＩの信号を伝送する。電気ノイズの混入は、差動信号ケーブル１５０で信号伝送中に生じ得る。差動信号ケーブル１５０が長くなるほど、電気ノイズの混入量が大きくなる。

【0050】

差動信号ケーブル１５０の信号線２５１及び信号線２５２は、一本のケーブル差動信号ケーブル１５０に収められ、差動信号ケーブル１５０内で近接して設けられる。この場合、差動信号ケーブル１５０で伝送される信号線２５１及び信号線２５２に加わるノイズにより生じるノイズ電圧は、互いに振幅と位相が等しい同相ノイズとみなすことができる。

【0051】

電圧増幅部１６０は、信号線２５１及び信号線２５２から伝送される一対の差動信号の差動を入力とする差動増幅回路として機能する。これにより、電圧増幅部１６０は、差動信号ケーブル１５０の信号線２５１及び信号線２５２で伝送される信号に入り込む電気ノイズを実質的に相殺することができる。よって、電圧増幅部１６０のオペアンプ１６６に入力される差動電圧は－２ＲＩとなる。これにより、電圧増幅部１６０の差動増幅回路により、実質的にノイズを含まない出力電圧Ｒ２／Ｒ１×（－２ＲＩ）が得られる。この出力電圧は、ジャークに比例した値となる。

【0052】

図４は、被測定物９０に鉛直下向きの加速度Ａが生じた場合の出力を模式的に示す。符号４００で示されるように被測定物９０に鉛直上向きの加速度が生じると、圧電素子２１３及び圧電素子２２３は、符号４１０で示されるように錘２０２から鉛直上向きの慣性力を受けて、引っ張り変形する。この引っ張り変形は、圧電素子２１３及び圧電素子２２３の分極を強めるように働く。これにより、圧電素子２１３の鉛直上方の第１電極２１１には正電荷が出力され、鉛直下方の第２電極２１２には負電荷が出力される。

【0053】

一方、圧電素子２２３が生成する電荷の極性は、配置上、圧電素子２１３が生成する電荷の極性とは逆になり、鉛直上方の第２電極２２２に負電荷、鉛直下方の第１電極２２１に正電荷が出力される。このように、圧電素子２１３及び圧電素子２２３から互いに極性が反転した電荷出力が得られる。

【0054】

ここで、鉛直下向きの加速度Ａは、図３に示す鉛直上向きの加速度Ａと大きさが等しく、向きが逆である。したがって、第１電極２１１及び第２電極２１２が出力する電荷は、図３に示すように鉛直上向きの加速度Ａが生じた場合に第１電極２１１及び第２電極２１２が出力する電荷とは、電荷量が同じであり、極性が反対である。同様に、第１電極２２１及び第２電極２２２が出力する電荷は、図３に示すように鉛直上向きの加速度Ａが生じた場合に第１電極２２１及び第２電極２２２が出力する電荷とは、電荷量が同じであり、極性が反対とある。

【0055】

したがって、圧電素子２１３の出力電荷の流れにより生じる電流は、及び圧電素子２２３の出力電荷の流れにより生じる電流は、図３に示すように鉛直上向きの加速度Ａが生じた場合の電流と大きさが同じで向きが反転したものとなる。よって、電線２０４の電位を基準としたとき、オペアンプ２３２の出力端子の電圧は－ＲＩ、オペアンプ２４２の出力端子の電圧は＋ＲＩとなる。

【0056】

また、図３に関連して説明したように、電圧増幅部１６０は、差動信号ケーブル１５０の信号線２５１及び信号線２５２で伝送される信号に入り込む電気ノイズを実質的に相殺するので、電圧増幅部１６０のオペアンプ１６６に入力される差動電圧は２ＲＩとなる。これにより、電圧増幅部１６０の差動増幅回路により、実質的にノイズを含まない出力電圧Ｒ２／Ｒ１×（２ＲＩ）が得られる。この出力電圧は、ジャークに比例した値となる。

【0057】

以上、図３及び図４等に関連して説明したように、被測定物９０の加速度が鉛直上向き及び下向きのどちらの場合であっても、ジャークに実質的に比例し、実質的にノイズを含まない出力電圧が得られる。

【0058】

以上に説明したように、ジャーク測定システム１０によれば、ジャークに相当し互いに逆向きの２つの電流信号をフィルタ回路を用いずに生成して、それらの電流信号の電圧の差動成分からジャーク信号を生成するので、ケーブルに侵入し信号成分に重なった同相ノイズを相殺し、かつ信号成分の振幅を大きくすることができる。そのため、ケーブル長が長く、電気ノイズの侵入が避けられない状況下においても、ジャークを高いＳ／Ｎ比で測定することができるジャーク測定システムを提供することができる。

【0059】

なお、上述した実施形態では、第１加速度センサ２１０の圧電素子２１３の分極方向が第２加速度センサ２２０の圧電素子２２３の分極方向と実質的に反対向きになるように配置される。しかし、第１加速度センサ２１０の圧電素子２１３の分極方向が第２加速度センサ２２０の圧電素子２２３の分極方向と実質的に同じ向きになるように配置した形態も採用できる。第１加速度センサ２１０の第２電極２１２と第２加速度センサ２２０の第１電極２２１とを基準電位となる電線２０４で電気的に接続し、第１加速度センサ２１０の第１電極２１１及び第２加速度センサ２２０の第２電極２２２をそれぞれ電流電圧変換回路２３０及び電流電圧変換回路２４０に入力するように接続されている限り、上述した実施形態と同じ効果が得られる。すなわち、第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０が互いに逆極性の電荷を出力するように物理的又は電気的に配置されていればよい。また、上述した実施形態では、第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０は、圧電式の電荷出力型加速度センサである。しかし、第１加速度センサ２１０及び第２加速度センサ２２０は、圧電式の電荷出力型加速度センサに準ずる圧電センサ等、加速度に応じた電荷を出力する任意の形態のセンサを適用できる。

【0060】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0061】

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0062】

１０ ジャーク測定システム
９０ 被測定物
１００ ジャークセンサ
１０２ センサ筐体
１１０ 振動検出部
１３０ 電流電圧変換部
１５０ 差動信号ケーブル
１６０ 電圧増幅部
１６１ 抵抗器
１６２ 抵抗器
１６３ 抵抗器
１６４ 抵抗器
１６６ オペアンプ
２０２ 錘
２０４ 電線
２１０ 第１加速度センサ
２１１ 第１電極
２１２ 第２電極
２１３ 圧電素子
２２０ 第２加速度センサ
２２１ 第１電極
２２２ 第２電極
２２３ 圧電素子
２３０ 電流電圧変換回路
２３１ 抵抗器
２３２ オペアンプ
２４０ 電流電圧変換回路
２４１ 抵抗器
２４２ オペアンプ
２５１ 信号線
２５２ 信号線
２５３ グランド線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】