| 研究概要 |
これまでジャークを測定する有効なセンサがなかったが,本研究では,圧電素子を用いた簡易で小型の新しいサイズモ系ジャークセンサを提案し開発することを目的とする.被測定対象上にセンサを搭載し,対象物が運動したときにセンサに働く慣性力を利用してジャークを測定する形式を取っている.圧電効果によって素子に発生する電荷量は振動の周波数がセンサ本体の固有振動数よりも小さい場合には被測定対象の加速度にほぼ比例する.圧電素子の両端電極を短絡し,その短絡電流を測れば加速度の時間微分であるジャークに比例した値を測定できると考えられる.これが本センサの基本的な測定原理である.
今年度は前年度の結果を踏まえ,次のような検討を実施した.まず計算解析により,内部慣性とばねおよびダンパの並列接続による単純系の周波数特性を算出し,出力範囲誤差と測定周波数範囲のベースを明確にした。実験では前年度まで用いてきたバイモルフ素子ではなく,バルク素子と付加質量体を用いセンサを構成した。これにより素子の残留振動の問題を解決し,測定帯域の増大を図った。
その結果,周波数帯域を数百Hzから20KHz程度まで拡大することができた。またバイモルフ素子よりも圧電体の変形量が小さくなるため,感度の低下が懸念されたが,前述の帯域内での検出が可能であった。電流測定を測定用の微小抵抗を挿入して計測するタイプの回路では低周波数の測定範囲ではゲインが増大してしまうという問題が生じたが,微小抵抗を挿入して計測するタイプの測定回路をやめ,オペアンプによる電流測定回路を新たに自作して計測したところ,低周波数帯域においてもゲインと位相の変動なく出力が得られ,線形性が保持されるようになった。
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