2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of evaluation technology for digital output type triaxial accelerometer by measuring small displacement

Research Project

Project/Area Number	21K04100
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	野里英明国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (60415726)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	下田智文国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (60880763)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	加速度センサ / デジタル出力 / 微小変位計測 / レーザ干渉計
Outline of Annual Research Achievements	これまでは一次元弾性波を発生させるホプキンソン棒には、高密度で軽量の材質を使用してきたが、ロングパルスで低加速度の波形を発生させるために、比較して軽い低い音速をもつ材質へ変更した。ホプキンソン棒の長さは、約2 mで直径は約30 cmとしたので、径に対して十分に長い形状としたことから、1次元弾性波の発生を可能とする。本研究で評価対象であるのは、インフラモニタリング用振動センサやIoTのキーデバイスとして利用が想定されるMEMSタイプの低ノイズデジタル出力型加速度センサである。デジタル出力型加速度センサはアナログタイプと異なり、自律したクロックでデジタル信号を出力する。そのため、デジタル出力型加速度センサのプロトコルに準拠したデジタル信号と低ノイズレーザ干渉式振動測定装置から出力されるアナログ信号を同期させて取り込みが可能な計測システムを構築した。レーザ干渉計では3軸計測を行うために、3台用意して、その3台のレーザ干渉計を組み合わせるための光学ユニットを用意し、ある1点における3軸方向の加速度を測定可能な3次元のレーザ干渉式振動測定装置を構築した。しかしながら、3軸方向の正確な加速度信号を取得するために、3台のレーザ干渉計のそれぞれの時間応答を評価する必要がある。そのため、機械的励振では不可能な高周波領域において、屈折率を変化させる電気光学変調器（EOM）による光学的励振を用いることで、機械的励振と等価な光学的距離の変動を発生させてレーザ干渉計の応答性能の評価法を開発した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 1次元用ではあるが、デジタル出力型加速度センサが出力するデジタル信号とレーザ干渉計が出力するアナログ信号の同期計測システムを開発した。また、3軸方向の加速度波形を正確に得るためには、レーザ干渉計の位相遅れからその時間遅れを評価する必要があるが、その評価方法を確立した。これにより、3軸方向において信頼性の高い加速度計測が可能となった。同時にホプキンソン棒の改良を進めたことにより、これまでと比較して、ロングパルスで低加速度を発生することに目途をつけた。
Strategy for Future Research Activity	デジタル出力型加速度センサの各軸における感度と位相遅れを算出するために、3次元用（3軸用）のデジタル信号とアナログ信号の同期計測システムを構築する。また、レーザ干渉計を用いたより長いロングパルスの測定に対応するため、ロングメモリもしくはFPGAによる復調処理方法を開発する必要がある。それらが完成後に、三軸のデジタル出力型加速度センサの周波数応答を評価可能な校正プログラムの作成を行う。
Causes of Carryover	高額な設備費として計上していた電子機器の仕様決定および納期に時間がかかったため、今年度ではなく、次年度に使用計画としました。