高精度加速度測定装置
【課題】感度方向の加速度を高精度で測定する高精度加速度測定装置を提供する。
【解決手段】感度方向の加速度を測定する加速度センサと、前記感度方向と異なる非感度方向における加速度を減衰するフィルタとを備え、前記フィルタは、前記加速度センサと共に移動可能な錘と、前記錘を前記非感度方向に付勢する第１の弾性体と、前記錘を前記感度方向に付勢する第２の弾性体を備え、前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の共振周波数が測定の周波数域内も入るように前記第２の弾性体のバネ定数を設定した。
【解決手段】感度方向の加速度を測定する加速度センサと、前記感度方向と異なる非感度方向における加速度を減衰するフィルタとを備え、前記フィルタは、前記加速度センサと共に移動可能な錘と、前記錘を前記非感度方向に付勢する第１の弾性体と、前記錘を前記感度方向に付勢する第２の弾性体を備え、前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の共振周波数が測定の周波数域内も入るように前記第２の弾性体のバネ定数を設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度を測定する高精度加速度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、車体と、車体を移動するように回転可能な車輪と、車輪を回転可能に支持する車軸と、車軸を支持する軸箱を含む。軸箱は、車体の加速度を測定する加速度測定装置を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５１９９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加速度測定装置が、例えば、感度方向としての左右方向の加速度（左右加速度）を測定する場合、加速度測定装置は非感度方向としての上下方向の加速度（上下加速度）の影響を受けて左右加速度を正確に測定することができない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、感度方向の加速度を高精度で測定する高精度加速度測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴は、次の要素を備えた高精度加速度測定装置を提供する。同装置は、感度方向の加速度を測定する加速度センサと、前記感度方向と異なる非感度方向における加速度を減衰するフィルタとを備え、前記フィルタは、前記加速度センサと共に移動可能な錘と、前記錘を前記非感度方向に付勢する第１の弾性体と、前記錘を前記感度方向に付勢する第２の弾性体を備え、前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の共振周波数が測定の周波数域内も入るように前記第２の弾性体のバネ定数を設定したことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る高精度加速度測定装置において、前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の逆フィルタ情報を格納する解析用コンピュータを備えるとよい。
【０００８】
本発明に係る高精度加速度測定装置において、前記第１の弾性体の弾性中心は前記非感度方向において前記錘の重心と一致すると好適である。
【０００９】
本発明に係る高精度加速度測定装置において、記第１の弾性体はバネ及び樹脂体の一方であると好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１の弾性体及び錘からなるフィルタは非感度方向の加速度を減衰するので、加速度センサは非感度方向の加速度の影響を受けないで感度方向の加速度を正確に測定する。
【００１１】
錘及び第２の弾性体は感度方向の高周波域として分類される著大な加速度を小さくするので、高い分解能であるが定格容量の小さい加速度センサの使用を許容する。
【００１２】
第１の弾性体の弾性中心と錘の重心とを前記非感度方向で一致させることにより、弾性中心を支点とした第１の弾性体の扇運動的な揺動を抑制するので、前記感度方向の正確な加速度の測定を許容する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
第１の実施形態
図１を参照して、鉄道車両１は、車輪１１と、車輪１１を回転可能に支持する車軸１２と、車軸１２の軸受けとしての軸箱１３と、軸箱１３に配置された軸バネ１４と、軸バネ１４に支持された台車枠１５と、台車枠１５の上に配置された空気バネ１６と、空気バネ１６を介在して台車枠１５に支持された車体１７とを備える。鉄道車両１は、さらに、軸箱１３に取り付けられた加速度測定装置２０を備える。
【００１５】
図２を参照して、加速度測定装置２０は、軸箱１３の上に配置された支持部材２１と、支持部材２１の上に設置された第１の弾性体としての第１のバネ２２と、第１のバネ２２によって支持された支持体２３と、支持体２３に移動可能に支持された錘２４と、支持体２３と錘２４との間に配置された第２の弾性体としての第２のバネ２５と、錘２４の上に配置された加速度センサとしての低加速度センサ２６と、錘２４の上に配置されたマイクロコンピュータ２７と、マイクロコンピュータ２７と電気的に接続した無線ボード２８を備える。
【００１６】
ここで、第１のバネ２２は、軸箱１３に対して垂直の姿勢で設置され、上下方向に支持体２３を付勢する。第１のバネ２２は高い左右剛性を有する。第１のバネ２２は、バネ−質量系の機械式高加速度除去フィルタ（以下、ローパスフィルタと称する。）を構成する。すなわち、第１のバネ２２は、鉄道車両１の振動のうち高周波成分としての高加速度をカットする。なお、第１のバネ２２はバネ機能の他にダンピング機能を奏する。
【００１７】
支持体２３は、第１のバネ２２の一端が固定された矩形の基壁２３ａと、基壁２３ａの四辺のそれぞれから上方へ延びる側壁２３ｂとを有する。
【００１８】
直方体の錘２４は、支持体２３の基壁２３ａ上に移動可能に配置される。錘２４は第1
のバネ２２と組み合わされてバネ−質量系の上下振動に対するローパスフィルタを構成する。
【００１９】
第２のバネ２５は、軸箱１３に対して水平の姿勢で、側壁２３ｂと錘２４との間に配置され、左右方向に錘２４を付勢する。第２のバネ２５は、錘２４と組み合わされて左右振動に対するローパスフィルタを構成する。第２のバネ２５は、錘２４と共に著大な左右加速度を小さくする。
【００２０】
低加速度センサ２６は、鉄道車両１の左右方向を感度方向とし、鉄道車両１の上下方向を非感度方向として設定される。低加速度センサ２６は、定格容量は小さいが高分解能であり、例えば、３Ｇ以下の測定レンジを有する。
【００２１】
加速度測定装置２０は、さらに、軸箱１３の上に設置された高加速度センサ３１と、免振材３４を介在して軸箱１３に配置されたマイクロコンピュータ３２と、マイクロコンピュータ３２と電気的に接続した無線ボード３３を含む。
【００２２】
ここで、高加速度センサ３１は、例えば、１００Ｇ以下の測定レンジを有し、鉄道車両１の振動や衝撃による加速度を検知する。
【００２３】
図３を参照して、鉄道車両１は、低加速度センサ２６及び高加速度センサ３１の測定した加速度を解析するための解析用コンピュータ４１を含む。解析用コンピュータ４１は、無線ボード２８、３３を経由してマイクロコンピュータ２７、３２とデータを送受信する。解析用コンピュータ４１は、錘２４及び第２のバネ２５からなるフィルタ系の逆フィルタ情報を格納する。この逆フィルタは、低加速度センサ２６の測定した左右加速度を実際の左右加速度に再現する。
【００２４】
次に、加速度測定装置２０の使用方法を説明する。
【００２５】
測定の前に逆フィルタの情報を決定し、解析用コンピュータ４１に格納する。すなわち、例えば、工場において加振台を用いて、錘２４と第２のバネ２５とからなる系について振動周波数に対する倍率を測定する。この系について図４に示すような振動周波数に対する倍率の履歴情報を解析用コンピュータ４１に格納しておく。
【００２６】
測定の際には、無線ボート２８、３２を用いて「測定開始」の指令をマイクロコンピュータ２７、３２に入力する。マイクロコンピュータ２７、３２は、低加速度センサ２６及び高加速度センサ３１の測定を開始させる。
【００２７】
鉄道車両１が左右方向に不整がある線路や左右の高さの異なる線路を通過するとき、鉄道車両１に左右加速度が加わる。さらに、鉄道車両１がレールの継目を通過した場合、鉄道車両１に大きな上下加速度を生じさせる。ここで、第１のバネ２２及び錘２４からなるローパスフィルタは上下加速度を減衰させるので、低加速度センサ２６は上下加速度に影響されない。また、錘２４及び第２のバネ２５は著大な左右加速度を小さくして、低加速度センサ２６の定格容量に左右加速度を収める。これにより、低加速度センサ２６は、鉄道車両１の左右加速度を高精度で測定する。
【００２８】
マイクロコンピュータ２７は、無線ボード２８を経由して解析用コンピュータ４１へ測定した左右加速度のデータを送る。解析用コンピュータ４１は、前記逆フィルタを用いて、測定された左右加速度に各周波数における倍率の逆数を乗じて実際の左右加速度を求める。
【００２９】
一方、高加速度センサ３１の測定した加速度は、マイクロコンピュータ３２へ送られる。マイクロコンピュータ３２は、無線ボード３３を経由して測定加速度を解析用コンピュータ４１へ送る。
【００３０】
以上の実施形態によれば、第１のバネ２２及び錘２４からなるローパスフィルタは振動又は衝撃による上下加速度を減衰するので、低加速度センサ２６は上下加速度の影響を受けないで鉄道車両１の左右加速度を正確に測定することができる。
【００３１】
錘２４及び第２のバネ２５は左右加速度を小さくするので、小さな定格容量にも係わらず高い分解能を有した低加速度センサ２６の使用を許容する。同様に、大量生産の安価なセンサがワイドレンジセンサとして使用され得る。
【００３２】
また、錘２４及び第１のバネ２２の系並びに錘２４及び第２のバネ２５の系は低加速度センサ２６の付属回路（アンプ、電源回路）を振動から保護する。
【００３３】
なお、第２のバネ２５のバネ定数は、バネ−質量系２４、２５の共振周波数が測定される周波数域（例えば０〜１５Ｈｚ）内に入るように設定してもよい。第２のバネ２５は測定データのＳＮ比を上げて、共振周波数付近の左右加速度を増幅し、その他の周波数の左
右加速度を減衰するのでＳＮ比の高い測定を許容する。この点について図４を参照して説明する。曲線Ａ１はＸ（Ｈｚ）に共振周波数を有するバネ−質量系の振動周波数に対する倍率の履歴を例示する。曲線Ａ２はＹ（Ｈｚ）に共振周波数を有するバネ−質量系の振動周波数に対する倍率の履歴を例示する。曲線Ａ２のバネ−質量系に測定範囲の左右加速度が入力された場合、必要としない測定範囲外の周波数の加速度が倍率１を越える。つまり、ノイズが増幅される。これに対して、曲線Ａ１のバネ−質量系に測定範囲内の周波数の左右加速度が入力された場合、必要とする加速度が最大Ｚ倍に増幅されて出力される一方、測定範囲外の周波数の左右加速度は減衰される。すなわち、バネ−質量系の共振周波数が測定範囲の周波数域内に収まるように第２のバネ２５のバネ定数を設定すると、ＳＮ比の高い測定が実行される。
【００３４】
＜実施例＞
次に、本実施形態の加速度測定装置２０がシュミレーションされた実施例を説明する。
【００３５】
図５（Ａ）に示すグラフは、非感度方向、即ち、上下方向の加速度のデータを示す。図５（Ｂ）に示すグラフは、比較例であり、本実施の形態のローパスフィルタを有しない加速度測定装置を用いて測定した左右加速度を示す。図５（Ｃ）に示すグラフは、実施例を用いて測定した左右加速度を示す。
【００３６】
実施例では、比較例に対して、矢印Ｑで示すように、小さな高周波のノイズが減少する。また、実施例では、比較例に対して、矢印Ｒで示すように、非感度方向の高加速度Ｐの影響によるスパイクが小さくなっている。以上から、実施例では上下加速度の影響を低減して左右加速度が測定される。
【００３７】
第２の実施形態
図６を参照して、加速度測定装置２０Ａは、図２に示す軸箱１３に取り付けられた支持部材２１Ａと、支持部材２１Ａの底壁２１ａから延びる側壁２１ｂの上に設置された第１のバネ２２と、第１のバネ２２によって上下方向に付勢された支持体２３Ａを含む。支持体２３Ａは、第１のバネ２２が固定された第１の支持体２３ｃと、第１の支持体２３ｃの下面に固定された凹形の第２の支持体２３ｄとを含む。
【００３８】
加速度測定装置２０Ａは、第２の支持体２３ｄの底壁の上に置かれた錘２４と、第２の支持体２３ｄの側壁に固定されると共に錘２４を左右方向に付勢する第２のバネ２５を含む。錘２４の重心Ｇは上下方向において第１のバネ２２の弾性中心Ｃと一致する。弾性中心Ｃは第１のバネ２２の扇運動的な揺動の支点となる。
【００３９】
加速度測定装置２０Ａは、錘２４の上に設置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ａの底壁２１ａの下面に設置された高速度加速度センサ３１Ａを含む。これらのセンサ２６Ａ、３１Ａは、マイクロコンピュータ及び無線通信装置を有し、解析コンピュータ４１とデータを送受信する。
【００４０】
次に、加速度測定装置２０Ａの使用方法を説明する。
【００４１】
支持部材２１Ａに左右加速度及び上下加速度が加わる。第１のバネ２２は伸縮して上下加速度を減衰させるので、支持体２３Ａ及び錘２４は上下方向へ大きく変位しない。これにより、低加速度センサ２６Ａは非感度方向の上下加速度の影響を受けない。
【００４２】
一方、第１のバネ２２は左右加速度により弾性中心Ｃを支点に扇運動的に揺動しようとする。このとき、第１のバネ２２の弾性中心Ｃは上下方向において錘２４の重心Ｇと一致するので、加速度測定装置２０Ａの慣性モーメントを小さくし、弾性中心Ｃを支点として
第１のバネ２２を扇運動的に揺動しにくくさせる。これにより、低加速度センサ２５Ａに対する左右加速度の誤差を無くす。
【００４３】
第２のバネ２５は著大な左右加速度を小さくして錘２４に左右加速度を伝達する。これにより、低加速度センサ２６Ａは左右加速度を高精度で測定する。低加速度センサ２６Ａ及び高加速度センサ３１Ａは、それぞれ、測定した加速度を解析用コンピュータ４１へ無線で送信する。
【００４４】
第３の実施形態
図７を参照して、加速度測定装置２０Ｂは、図２に示す軸箱１３に取り付けられた支持部材２１Ｂと、支持部材２１Ｂの底壁２１ａの上に設置された第１のバネ２２と、支持部材２１Ｂの側壁２１ｂに設置された第２のバネ２５と、第２のバネ２５の先端に固定されたプレート２９を含む。加速度測定装置２０Ｂは、第１のバネ２２によって上下方向に付勢された錘２４を含む。錘２４は、プレート２９を介在して、第２のバネ２５によって左右方向に付勢される。
【００４５】
この加速度測定装置２０Ｂによれば、第１のバネ２２は支持部材２１Ｂの上下加速度を減衰し、第２のバネ２５は支持部材２１Ｂの著大な左右加速度を小さくして錘２４に左右加速度を伝達する。プレート２９は錘２４と面接触しているので、左右加速度を錘２４に確実に伝え、また、接触による摩擦力により、上下加速度を一層減じることができる。これにより、低加速度センサ２６Ａは左右加速度を高精度で測定する。
【００４６】
第４の実施形態
図８を参照して、加速度測定装置２０Ｃは、図２に示す軸箱１３に取り付けられた支持部材２１Ｃと、支持部材２１Ｃの底壁２１ａに支持された錘２４と、錘２４と支持部材２１Ｃの底壁２１ａとの間に配置されたバネ２２と、錘２４と支持部材２１Ｃの側壁２１ｂとの間に配置されたコロ３６と、錘２４の上に配置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ｃの底壁２１ａに配置された高加速度センサ３１Ａを含む。この実施形態では、第２のバネ２５の代わりにコロ３６を用いた点に特徴を有する。このコロ３６は第１の実施形態の第２のバネ２５の剛性を無限大にしたものとみなされる。
【００４７】
この加速度測定装置２０Ｃによれば、錘２４は支持部材２１Ｃと共に左右方向に移動する。バネ２２は錘２４を上方向に付勢して支持部材２１Ｃの上下加速度を減衰する。コロ３６は錘２４の上下方向の移動をガイドする。これにより、低加速度センサ２６Ａは上下加速度に影響されること無く、左右加速度を高精度で測定する。
【００４８】
また、コロ３６を用いるので、第２のバネ２５を考慮する必要なく、逆フィルタを簡単にする。
【００４９】
なお、コロ３６の代わりにスライドレールを用いてもよい。
【００５０】
＜実施例＞
図９、図１０を参照して、本実施形態の加速度測定装置２０Ｃによる測定結果を説明する。
【００５１】
図９は上下方向の加速度の測定結果をパワースペクトル密度として整理した図である。縦軸はパワースペクトル密度（（ｍ/ｓ２）２/Ｈｚ）を示し、横軸は振動の周波数（Ｈｚ）を示す。ラインＢ１は低加速度センサ２６Ａの測定結果を示す。ラインＢ２は比較としての支持部材２１Ｃにおける測定結果を示す。
【００５２】
１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚの振動において、低加速度センサ２６Ａのパワースペクトル密度は、支持部材２１Ｃのパワースペクトル密度に対して減少した。一方、５００Ｈｚから１０００Ｈｚの振動において、低加速度センサ２６Ａのパワースペクトル密度は、支持部材２１Ｃのパワースペクトル密度に対して増加した。この理由は、バネ、錘、コロ等の部品間の遊びがメイカニカルノイズを発生させたためであると推測される。
【００５３】
図１０は、上下方向の加速度の測定結果を時刻歴波形として整理した図である。同図（Ａ）は、支持部材２１Ｃの上下方向の加速度を示す。同図（Ｂ）は低加速度センサ２６Ａによって測定された上下方向の加速度を示す。縦軸は上下方向の加速度（ｍ／ｓ２）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
【００５４】
低加速度センサ２６Ａの上下方向の加速度は、時間経過において支持部材２１Ｃの上下方向の加速度に対して一定の程度で減少した。
【００５５】
以上より、バネ２２からなるフィルタ、すなわち免振装置は支持部材２１Ｃの上下方向加速度を小さくして低加速度センサ２６Ａへ伝達することが確認された。よって、低加速度センサ２６Ａは左右方向の加速度を高精度に測定する。
【００５６】
第５の実施形態
図１１を参照して、加速度測定装置２０Ｄは加速度測定装置２０Ｃを変形したものである。加速度測定装置２０Ｄは、支持部材２１Ｄと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに支持されると共に上下方向に直列に配置された錘２４Ａ、２４Ｂと、錘２４Ａと支持部材２１Ｄの底壁２１ａとの間に配置されたバネ２２Ａと、錘２４Ａと錘２４Ｂとの間に配置されたバネ２２Ｂと、錘２４Ａ、２４Ｂと支持部材２１Ｄの側壁２１ｂとの間に配置されたコロ３６と、錘２４Ｂの上に配置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに配置された高加速度センサ３１Ａを含む。
【００５７】
この加速度測定装置２０Ｄによれば、複数段の錘２４Ａ、２４Ｂは上下加速度を一層低減し、高精度の左右加速度の測定を許容する。特に、バネ２２Ａ、２２Ｂの剛性や錘２４Ａ、２４Ｂの質量を調整することにより、バネ２２Ａ、２２Ｂの負担過重を変えると、それぞれのバネ２２Ａ、２２Ｂの免振する周波数域を変え、広い周波数領域で大きな免振を許容する。
【００５８】
第６の実施形態
図１２を参照して、本実施形態の加速度測定装置２０Ｅを説明する。加速度測定装置２０Ｅは、加速度測定装置２０Ｄを変形したものである。加速度測定装置２０Ｅは、支持部材２１Ｄと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに支持されると共に上下方向に直列に配置された錘２４Ａ、２４Ｂと、錘２４Ａと支持部材２１Ｄの底壁２１ａとの間に配置されたバネ２２と、錘２４Ａと錘２４Ｂとの間に配置された第１の弾性体としての樹脂体３７と、錘２４Ａ、２４Ｂと支持部材２１Ｄの側壁２１ｂとの間に配置されたスライドテーブル３８と、錘２４Ｂの上に配置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに配置された高加速度センサ３１Ａを含む。
【００５９】
ここで、樹脂体３７は、主としてダンピング機能を有すると共にバネ機能を有する。
【００６０】
スライドテーブル３８は、側壁２１ｂに固定されたレール３８ａと、レール３８ａに移動可能に係合したテーブル３８ｂを有する。テーブル３８ｂは、それぞれ、錘２４Ａ、２４Ｂと固定されている。
【００６１】
この加速度測定装置２０Ｅによれば、樹脂体３７はダンピング機能を有し、効果的にメ
カニカルノイズを減じるので、低周波に加えて高周波の上下加速度を吸収し、高精度の左右加速度の測定を達成する。
【００６２】
＜実施例＞
図１３、１４を参照して、加速度測定装置２０Ｅの測定結果を説明する。
【００６３】
図１３は、上下方向の加速度の測定結果をパワースペクトル密度として整理した図である。縦軸はパワースペクトル密度（(ｍ/ｓ２)２/Ｈｚ）を示し、横軸は振動の周波数（Ｈｚ）を示す。ラインＣ１は低加速度センサ２６Ａの測定結果を示す。ラインＣ２は比較としての支持部材２１Ｄの測定結果を示す。
【００６４】
１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚ及び５００Ｈｚから１０００Ｈｚの振動において、低加速度センサ２６Ａのパワースペクトル密度は、支持部材２１Ｄのパワースペクトル密度に対して、減少した。また、加速度測定装置２０Ｅは、図９に示す結果と比較して、１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚに加えて５００Ｈｚから１０００Ｈｚの振動においてもパワースペクトル密度を大きく減少させた。以上の結果は、樹脂体３７のダンピング効果に寄与するものと推測される。
【００６５】
図１４は、上下方向の加速度の測定結果を時刻歴波形として整理した図である。同図（Ａ）は、支持部材２１Ｄの上下方向の加速度を示す。同図（Ｂ）は低加速度センサ２６Ａによって測定された上下方向の加速度を示す。縦軸は上下方向の加速度（ｍ／ｓ２）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。低加速度センサ２６Ａの上下方向の加速度は、時間経過において支持部材２１Ｄの上下方向の著大な加速度に対して大きく減少した。また、図１０に示す結果と比較して、加速度測定装置２０Ｅの上下方向の加速度は加速度測定装置２０Ｃの上下方向の加速度より大きく減少した。
【００６６】
以上より、バネ２２及び樹脂体３７からなるフィルタ、すなわち免振装置は、支持部材２１Ｄの上下方向の著大な加速度を小さくして低加速度センサ２６Ａに伝達することが確認された。よって、低加速度センサ２６Ａは左右方向の加速度を高精度に測定する。
【００６７】
第７の実施形態
図１５を参照して本実施形態の加速度測定装置２０Ｆを説明する。加速度測定装置２０Ｆは、図８に示す加速度測定装置２０Ｃと同様の構成である。本実施形態では低加速度センサ２６Ａは上下方向を感度方向として設定される。
【００６８】
この実施形態によれば、バネ２２は著大な上下加速度を小さくするので、加速度測定装置２０Ｆは小さな定格容量の加速度センサ２６Ａで上下加速度を高精度に測定する。すなわち、線形性、再現性、ヒステリシスは低加速度センサ２６Ａの定格容量の数％と定義されるので、定格容量が小さい程測定誤差も小さくなる。また、バネ２２の逆フィルタを用いると、実際の上下方向の振動を再現することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態は本発明の趣旨の範囲において修正、変更可能である。本実施の形態では、左右方向を感度方向とし、上下方向を非感度方向としたが、例えば、左右方向を非感度方向とし、上下方向を感度方向としてもよい。また、３次元加速度計を用いる場合、左右方向、上下方向及び前後方向のうち二方向を感度方向とし、残りの一方向を非感度方向としてもよい。
【００７０】
また、加速度測定装置の測定対象は鉄道車両に限られず、自動車、飛行機、船舶、地震計、工作機械の振動計測、建物内の発電機、スポーツ工学などの各種分野に応用される。
【００７１】
また、バネ要素（例えば、バネ）とダンピング要素（例えば、樹脂体）とは並列に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係わる加速度測定装置を適用した鉄道車両の概略図である。
【図２】図１に示す加速度測定装置の拡大概略図である。
【図３】加速度測定装置の測定システムを示すブロック図である。
【図４】バネ−質量系の振動周波数に対する倍率を示すグラフである。
【図５】鉄道車両の加速度を測定した結果を示すグラフであり、（Ａ）は非感度方向の加速度を示し、（Ｂ）はローパスフィルタなしの加速度測定装置で感度方向の加速度を測定した比較例を示し、（Ｃ）は実施形態の加速度測定装置で感度方向の加速度を測定した実施例を示す。
【図６】第２の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図７】第３の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図８】第４の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図９】図８に示す加速度測定装置に関する上下方向の加速度のパワースペクトル密度を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）は支持部材の上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフであり、（Ｂ）は図８に示す低加速度センサによって測定された上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフである。
【図１１】第５の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図１２】第６の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図１３】図１２に示す加速度測定装置に関する上下方向の加速度のパワースペクトル密度を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は支持部材の上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフであり、（Ｂ）は図１２に示す低加速度センサによって測定された上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフである。
【図１５】第７の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 鉄道車両
１１ 車輪
１２ 車軸
１３ 軸箱
１４ 軸ばね
１５ 台車枠
１６ 空気ばね
１７ 車体
２０ 加速度測定装置
２１ 支持部材
２２ 第１のバネ
２４ 錘
２５ 第２のバネ
２６ 低加速度センサ
２７ マイクロコンピュータ
２８ 無線ボード
３１ 高加速度センサ
３２ マイクロコンピュータ
３３ 無線ボード
４１ 解析用コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度を測定する高精度加速度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、車体と、車体を移動するように回転可能な車輪と、車輪を回転可能に支持する車軸と、車軸を支持する軸箱を含む。軸箱は、車体の加速度を測定する加速度測定装置を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５１９９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加速度測定装置が、例えば、感度方向としての左右方向の加速度（左右加速度）を測定する場合、加速度測定装置は非感度方向としての上下方向の加速度（上下加速度）の影響を受けて左右加速度を正確に測定することができない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、感度方向の加速度を高精度で測定する高精度加速度測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴は、次の要素を備えた高精度加速度測定装置を提供する。同装置は、感度方向の加速度を測定する加速度センサと、前記感度方向と異なる非感度方向における加速度を減衰するフィルタとを備え、前記フィルタは、前記加速度センサと共に移動可能な錘と、前記錘を前記非感度方向に付勢する第１の弾性体と、前記錘を前記感度方向に付勢する第２の弾性体を備え、前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の共振周波数が測定の周波数域内も入るように前記第２の弾性体のバネ定数を設定したことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る高精度加速度測定装置において、前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の逆フィルタ情報を格納する解析用コンピュータを備えるとよい。
【０００８】
本発明に係る高精度加速度測定装置において、前記第１の弾性体の弾性中心は前記非感度方向において前記錘の重心と一致すると好適である。
【０００９】
本発明に係る高精度加速度測定装置において、記第１の弾性体はバネ及び樹脂体の一方であると好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１の弾性体及び錘からなるフィルタは非感度方向の加速度を減衰するので、加速度センサは非感度方向の加速度の影響を受けないで感度方向の加速度を正確に測定する。
【００１１】
錘及び第２の弾性体は感度方向の高周波域として分類される著大な加速度を小さくするので、高い分解能であるが定格容量の小さい加速度センサの使用を許容する。
【００１２】
第１の弾性体の弾性中心と錘の重心とを前記非感度方向で一致させることにより、弾性中心を支点とした第１の弾性体の扇運動的な揺動を抑制するので、前記感度方向の正確な加速度の測定を許容する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
第１の実施形態
図１を参照して、鉄道車両１は、車輪１１と、車輪１１を回転可能に支持する車軸１２と、車軸１２の軸受けとしての軸箱１３と、軸箱１３に配置された軸バネ１４と、軸バネ１４に支持された台車枠１５と、台車枠１５の上に配置された空気バネ１６と、空気バネ１６を介在して台車枠１５に支持された車体１７とを備える。鉄道車両１は、さらに、軸箱１３に取り付けられた加速度測定装置２０を備える。
【００１５】
図２を参照して、加速度測定装置２０は、軸箱１３の上に配置された支持部材２１と、支持部材２１の上に設置された第１の弾性体としての第１のバネ２２と、第１のバネ２２によって支持された支持体２３と、支持体２３に移動可能に支持された錘２４と、支持体２３と錘２４との間に配置された第２の弾性体としての第２のバネ２５と、錘２４の上に配置された加速度センサとしての低加速度センサ２６と、錘２４の上に配置されたマイクロコンピュータ２７と、マイクロコンピュータ２７と電気的に接続した無線ボード２８を備える。
【００１６】
ここで、第１のバネ２２は、軸箱１３に対して垂直の姿勢で設置され、上下方向に支持体２３を付勢する。第１のバネ２２は高い左右剛性を有する。第１のバネ２２は、バネ−質量系の機械式高加速度除去フィルタ（以下、ローパスフィルタと称する。）を構成する。すなわち、第１のバネ２２は、鉄道車両１の振動のうち高周波成分としての高加速度をカットする。なお、第１のバネ２２はバネ機能の他にダンピング機能を奏する。
【００１７】
支持体２３は、第１のバネ２２の一端が固定された矩形の基壁２３ａと、基壁２３ａの四辺のそれぞれから上方へ延びる側壁２３ｂとを有する。
【００１８】
直方体の錘２４は、支持体２３の基壁２３ａ上に移動可能に配置される。錘２４は第1
のバネ２２と組み合わされてバネ−質量系の上下振動に対するローパスフィルタを構成する。
【００１９】
第２のバネ２５は、軸箱１３に対して水平の姿勢で、側壁２３ｂと錘２４との間に配置され、左右方向に錘２４を付勢する。第２のバネ２５は、錘２４と組み合わされて左右振動に対するローパスフィルタを構成する。第２のバネ２５は、錘２４と共に著大な左右加速度を小さくする。
【００２０】
低加速度センサ２６は、鉄道車両１の左右方向を感度方向とし、鉄道車両１の上下方向を非感度方向として設定される。低加速度センサ２６は、定格容量は小さいが高分解能であり、例えば、３Ｇ以下の測定レンジを有する。
【００２１】
加速度測定装置２０は、さらに、軸箱１３の上に設置された高加速度センサ３１と、免振材３４を介在して軸箱１３に配置されたマイクロコンピュータ３２と、マイクロコンピュータ３２と電気的に接続した無線ボード３３を含む。
【００２２】
ここで、高加速度センサ３１は、例えば、１００Ｇ以下の測定レンジを有し、鉄道車両１の振動や衝撃による加速度を検知する。
【００２３】
図３を参照して、鉄道車両１は、低加速度センサ２６及び高加速度センサ３１の測定した加速度を解析するための解析用コンピュータ４１を含む。解析用コンピュータ４１は、無線ボード２８、３３を経由してマイクロコンピュータ２７、３２とデータを送受信する。解析用コンピュータ４１は、錘２４及び第２のバネ２５からなるフィルタ系の逆フィルタ情報を格納する。この逆フィルタは、低加速度センサ２６の測定した左右加速度を実際の左右加速度に再現する。
【００２４】
次に、加速度測定装置２０の使用方法を説明する。
【００２５】
測定の前に逆フィルタの情報を決定し、解析用コンピュータ４１に格納する。すなわち、例えば、工場において加振台を用いて、錘２４と第２のバネ２５とからなる系について振動周波数に対する倍率を測定する。この系について図４に示すような振動周波数に対する倍率の履歴情報を解析用コンピュータ４１に格納しておく。
【００２６】
測定の際には、無線ボート２８、３２を用いて「測定開始」の指令をマイクロコンピュータ２７、３２に入力する。マイクロコンピュータ２７、３２は、低加速度センサ２６及び高加速度センサ３１の測定を開始させる。
【００２７】
鉄道車両１が左右方向に不整がある線路や左右の高さの異なる線路を通過するとき、鉄道車両１に左右加速度が加わる。さらに、鉄道車両１がレールの継目を通過した場合、鉄道車両１に大きな上下加速度を生じさせる。ここで、第１のバネ２２及び錘２４からなるローパスフィルタは上下加速度を減衰させるので、低加速度センサ２６は上下加速度に影響されない。また、錘２４及び第２のバネ２５は著大な左右加速度を小さくして、低加速度センサ２６の定格容量に左右加速度を収める。これにより、低加速度センサ２６は、鉄道車両１の左右加速度を高精度で測定する。
【００２８】
マイクロコンピュータ２７は、無線ボード２８を経由して解析用コンピュータ４１へ測定した左右加速度のデータを送る。解析用コンピュータ４１は、前記逆フィルタを用いて、測定された左右加速度に各周波数における倍率の逆数を乗じて実際の左右加速度を求める。
【００２９】
一方、高加速度センサ３１の測定した加速度は、マイクロコンピュータ３２へ送られる。マイクロコンピュータ３２は、無線ボード３３を経由して測定加速度を解析用コンピュータ４１へ送る。
【００３０】
以上の実施形態によれば、第１のバネ２２及び錘２４からなるローパスフィルタは振動又は衝撃による上下加速度を減衰するので、低加速度センサ２６は上下加速度の影響を受けないで鉄道車両１の左右加速度を正確に測定することができる。
【００３１】
錘２４及び第２のバネ２５は左右加速度を小さくするので、小さな定格容量にも係わらず高い分解能を有した低加速度センサ２６の使用を許容する。同様に、大量生産の安価なセンサがワイドレンジセンサとして使用され得る。
【００３２】
また、錘２４及び第１のバネ２２の系並びに錘２４及び第２のバネ２５の系は低加速度センサ２６の付属回路（アンプ、電源回路）を振動から保護する。
【００３３】
なお、第２のバネ２５のバネ定数は、バネ−質量系２４、２５の共振周波数が測定される周波数域（例えば０〜１５Ｈｚ）内に入るように設定してもよい。第２のバネ２５は測定データのＳＮ比を上げて、共振周波数付近の左右加速度を増幅し、その他の周波数の左
右加速度を減衰するのでＳＮ比の高い測定を許容する。この点について図４を参照して説明する。曲線Ａ１はＸ（Ｈｚ）に共振周波数を有するバネ−質量系の振動周波数に対する倍率の履歴を例示する。曲線Ａ２はＹ（Ｈｚ）に共振周波数を有するバネ−質量系の振動周波数に対する倍率の履歴を例示する。曲線Ａ２のバネ−質量系に測定範囲の左右加速度が入力された場合、必要としない測定範囲外の周波数の加速度が倍率１を越える。つまり、ノイズが増幅される。これに対して、曲線Ａ１のバネ−質量系に測定範囲内の周波数の左右加速度が入力された場合、必要とする加速度が最大Ｚ倍に増幅されて出力される一方、測定範囲外の周波数の左右加速度は減衰される。すなわち、バネ−質量系の共振周波数が測定範囲の周波数域内に収まるように第２のバネ２５のバネ定数を設定すると、ＳＮ比の高い測定が実行される。
【００３４】
＜実施例＞
次に、本実施形態の加速度測定装置２０がシュミレーションされた実施例を説明する。
【００３５】
図５（Ａ）に示すグラフは、非感度方向、即ち、上下方向の加速度のデータを示す。図５（Ｂ）に示すグラフは、比較例であり、本実施の形態のローパスフィルタを有しない加速度測定装置を用いて測定した左右加速度を示す。図５（Ｃ）に示すグラフは、実施例を用いて測定した左右加速度を示す。
【００３６】
実施例では、比較例に対して、矢印Ｑで示すように、小さな高周波のノイズが減少する。また、実施例では、比較例に対して、矢印Ｒで示すように、非感度方向の高加速度Ｐの影響によるスパイクが小さくなっている。以上から、実施例では上下加速度の影響を低減して左右加速度が測定される。
【００３７】
第２の実施形態
図６を参照して、加速度測定装置２０Ａは、図２に示す軸箱１３に取り付けられた支持部材２１Ａと、支持部材２１Ａの底壁２１ａから延びる側壁２１ｂの上に設置された第１のバネ２２と、第１のバネ２２によって上下方向に付勢された支持体２３Ａを含む。支持体２３Ａは、第１のバネ２２が固定された第１の支持体２３ｃと、第１の支持体２３ｃの下面に固定された凹形の第２の支持体２３ｄとを含む。
【００３８】
加速度測定装置２０Ａは、第２の支持体２３ｄの底壁の上に置かれた錘２４と、第２の支持体２３ｄの側壁に固定されると共に錘２４を左右方向に付勢する第２のバネ２５を含む。錘２４の重心Ｇは上下方向において第１のバネ２２の弾性中心Ｃと一致する。弾性中心Ｃは第１のバネ２２の扇運動的な揺動の支点となる。
【００３９】
加速度測定装置２０Ａは、錘２４の上に設置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ａの底壁２１ａの下面に設置された高速度加速度センサ３１Ａを含む。これらのセンサ２６Ａ、３１Ａは、マイクロコンピュータ及び無線通信装置を有し、解析コンピュータ４１とデータを送受信する。
【００４０】
次に、加速度測定装置２０Ａの使用方法を説明する。
【００４１】
支持部材２１Ａに左右加速度及び上下加速度が加わる。第１のバネ２２は伸縮して上下加速度を減衰させるので、支持体２３Ａ及び錘２４は上下方向へ大きく変位しない。これにより、低加速度センサ２６Ａは非感度方向の上下加速度の影響を受けない。
【００４２】
一方、第１のバネ２２は左右加速度により弾性中心Ｃを支点に扇運動的に揺動しようとする。このとき、第１のバネ２２の弾性中心Ｃは上下方向において錘２４の重心Ｇと一致するので、加速度測定装置２０Ａの慣性モーメントを小さくし、弾性中心Ｃを支点として
第１のバネ２２を扇運動的に揺動しにくくさせる。これにより、低加速度センサ２５Ａに対する左右加速度の誤差を無くす。
【００４３】
第２のバネ２５は著大な左右加速度を小さくして錘２４に左右加速度を伝達する。これにより、低加速度センサ２６Ａは左右加速度を高精度で測定する。低加速度センサ２６Ａ及び高加速度センサ３１Ａは、それぞれ、測定した加速度を解析用コンピュータ４１へ無線で送信する。
【００４４】
第３の実施形態
図７を参照して、加速度測定装置２０Ｂは、図２に示す軸箱１３に取り付けられた支持部材２１Ｂと、支持部材２１Ｂの底壁２１ａの上に設置された第１のバネ２２と、支持部材２１Ｂの側壁２１ｂに設置された第２のバネ２５と、第２のバネ２５の先端に固定されたプレート２９を含む。加速度測定装置２０Ｂは、第１のバネ２２によって上下方向に付勢された錘２４を含む。錘２４は、プレート２９を介在して、第２のバネ２５によって左右方向に付勢される。
【００４５】
この加速度測定装置２０Ｂによれば、第１のバネ２２は支持部材２１Ｂの上下加速度を減衰し、第２のバネ２５は支持部材２１Ｂの著大な左右加速度を小さくして錘２４に左右加速度を伝達する。プレート２９は錘２４と面接触しているので、左右加速度を錘２４に確実に伝え、また、接触による摩擦力により、上下加速度を一層減じることができる。これにより、低加速度センサ２６Ａは左右加速度を高精度で測定する。
【００４６】
第４の実施形態
図８を参照して、加速度測定装置２０Ｃは、図２に示す軸箱１３に取り付けられた支持部材２１Ｃと、支持部材２１Ｃの底壁２１ａに支持された錘２４と、錘２４と支持部材２１Ｃの底壁２１ａとの間に配置されたバネ２２と、錘２４と支持部材２１Ｃの側壁２１ｂとの間に配置されたコロ３６と、錘２４の上に配置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ｃの底壁２１ａに配置された高加速度センサ３１Ａを含む。この実施形態では、第２のバネ２５の代わりにコロ３６を用いた点に特徴を有する。このコロ３６は第１の実施形態の第２のバネ２５の剛性を無限大にしたものとみなされる。
【００４７】
この加速度測定装置２０Ｃによれば、錘２４は支持部材２１Ｃと共に左右方向に移動する。バネ２２は錘２４を上方向に付勢して支持部材２１Ｃの上下加速度を減衰する。コロ３６は錘２４の上下方向の移動をガイドする。これにより、低加速度センサ２６Ａは上下加速度に影響されること無く、左右加速度を高精度で測定する。
【００４８】
また、コロ３６を用いるので、第２のバネ２５を考慮する必要なく、逆フィルタを簡単にする。
【００４９】
なお、コロ３６の代わりにスライドレールを用いてもよい。
【００５０】
＜実施例＞
図９、図１０を参照して、本実施形態の加速度測定装置２０Ｃによる測定結果を説明する。
【００５１】
図９は上下方向の加速度の測定結果をパワースペクトル密度として整理した図である。縦軸はパワースペクトル密度（（ｍ/ｓ２）２/Ｈｚ）を示し、横軸は振動の周波数（Ｈｚ）を示す。ラインＢ１は低加速度センサ２６Ａの測定結果を示す。ラインＢ２は比較としての支持部材２１Ｃにおける測定結果を示す。
【００５２】
１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚの振動において、低加速度センサ２６Ａのパワースペクトル密度は、支持部材２１Ｃのパワースペクトル密度に対して減少した。一方、５００Ｈｚから１０００Ｈｚの振動において、低加速度センサ２６Ａのパワースペクトル密度は、支持部材２１Ｃのパワースペクトル密度に対して増加した。この理由は、バネ、錘、コロ等の部品間の遊びがメイカニカルノイズを発生させたためであると推測される。
【００５３】
図１０は、上下方向の加速度の測定結果を時刻歴波形として整理した図である。同図（Ａ）は、支持部材２１Ｃの上下方向の加速度を示す。同図（Ｂ）は低加速度センサ２６Ａによって測定された上下方向の加速度を示す。縦軸は上下方向の加速度（ｍ／ｓ２）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
【００５４】
低加速度センサ２６Ａの上下方向の加速度は、時間経過において支持部材２１Ｃの上下方向の加速度に対して一定の程度で減少した。
【００５５】
以上より、バネ２２からなるフィルタ、すなわち免振装置は支持部材２１Ｃの上下方向加速度を小さくして低加速度センサ２６Ａへ伝達することが確認された。よって、低加速度センサ２６Ａは左右方向の加速度を高精度に測定する。
【００５６】
第５の実施形態
図１１を参照して、加速度測定装置２０Ｄは加速度測定装置２０Ｃを変形したものである。加速度測定装置２０Ｄは、支持部材２１Ｄと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに支持されると共に上下方向に直列に配置された錘２４Ａ、２４Ｂと、錘２４Ａと支持部材２１Ｄの底壁２１ａとの間に配置されたバネ２２Ａと、錘２４Ａと錘２４Ｂとの間に配置されたバネ２２Ｂと、錘２４Ａ、２４Ｂと支持部材２１Ｄの側壁２１ｂとの間に配置されたコロ３６と、錘２４Ｂの上に配置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに配置された高加速度センサ３１Ａを含む。
【００５７】
この加速度測定装置２０Ｄによれば、複数段の錘２４Ａ、２４Ｂは上下加速度を一層低減し、高精度の左右加速度の測定を許容する。特に、バネ２２Ａ、２２Ｂの剛性や錘２４Ａ、２４Ｂの質量を調整することにより、バネ２２Ａ、２２Ｂの負担過重を変えると、それぞれのバネ２２Ａ、２２Ｂの免振する周波数域を変え、広い周波数領域で大きな免振を許容する。
【００５８】
第６の実施形態
図１２を参照して、本実施形態の加速度測定装置２０Ｅを説明する。加速度測定装置２０Ｅは、加速度測定装置２０Ｄを変形したものである。加速度測定装置２０Ｅは、支持部材２１Ｄと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに支持されると共に上下方向に直列に配置された錘２４Ａ、２４Ｂと、錘２４Ａと支持部材２１Ｄの底壁２１ａとの間に配置されたバネ２２と、錘２４Ａと錘２４Ｂとの間に配置された第１の弾性体としての樹脂体３７と、錘２４Ａ、２４Ｂと支持部材２１Ｄの側壁２１ｂとの間に配置されたスライドテーブル３８と、錘２４Ｂの上に配置された低加速度センサ２６Ａと、支持部材２１Ｄの底壁２１ａに配置された高加速度センサ３１Ａを含む。
【００５９】
ここで、樹脂体３７は、主としてダンピング機能を有すると共にバネ機能を有する。
【００６０】
スライドテーブル３８は、側壁２１ｂに固定されたレール３８ａと、レール３８ａに移動可能に係合したテーブル３８ｂを有する。テーブル３８ｂは、それぞれ、錘２４Ａ、２４Ｂと固定されている。
【００６１】
この加速度測定装置２０Ｅによれば、樹脂体３７はダンピング機能を有し、効果的にメ
カニカルノイズを減じるので、低周波に加えて高周波の上下加速度を吸収し、高精度の左右加速度の測定を達成する。
【００６２】
＜実施例＞
図１３、１４を参照して、加速度測定装置２０Ｅの測定結果を説明する。
【００６３】
図１３は、上下方向の加速度の測定結果をパワースペクトル密度として整理した図である。縦軸はパワースペクトル密度（(ｍ/ｓ２)２/Ｈｚ）を示し、横軸は振動の周波数（Ｈｚ）を示す。ラインＣ１は低加速度センサ２６Ａの測定結果を示す。ラインＣ２は比較としての支持部材２１Ｄの測定結果を示す。
【００６４】
１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚ及び５００Ｈｚから１０００Ｈｚの振動において、低加速度センサ２６Ａのパワースペクトル密度は、支持部材２１Ｄのパワースペクトル密度に対して、減少した。また、加速度測定装置２０Ｅは、図９に示す結果と比較して、１０Ｈｚ付近から５００Ｈｚに加えて５００Ｈｚから１０００Ｈｚの振動においてもパワースペクトル密度を大きく減少させた。以上の結果は、樹脂体３７のダンピング効果に寄与するものと推測される。
【００６５】
図１４は、上下方向の加速度の測定結果を時刻歴波形として整理した図である。同図（Ａ）は、支持部材２１Ｄの上下方向の加速度を示す。同図（Ｂ）は低加速度センサ２６Ａによって測定された上下方向の加速度を示す。縦軸は上下方向の加速度（ｍ／ｓ２）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。低加速度センサ２６Ａの上下方向の加速度は、時間経過において支持部材２１Ｄの上下方向の著大な加速度に対して大きく減少した。また、図１０に示す結果と比較して、加速度測定装置２０Ｅの上下方向の加速度は加速度測定装置２０Ｃの上下方向の加速度より大きく減少した。
【００６６】
以上より、バネ２２及び樹脂体３７からなるフィルタ、すなわち免振装置は、支持部材２１Ｄの上下方向の著大な加速度を小さくして低加速度センサ２６Ａに伝達することが確認された。よって、低加速度センサ２６Ａは左右方向の加速度を高精度に測定する。
【００６７】
第７の実施形態
図１５を参照して本実施形態の加速度測定装置２０Ｆを説明する。加速度測定装置２０Ｆは、図８に示す加速度測定装置２０Ｃと同様の構成である。本実施形態では低加速度センサ２６Ａは上下方向を感度方向として設定される。
【００６８】
この実施形態によれば、バネ２２は著大な上下加速度を小さくするので、加速度測定装置２０Ｆは小さな定格容量の加速度センサ２６Ａで上下加速度を高精度に測定する。すなわち、線形性、再現性、ヒステリシスは低加速度センサ２６Ａの定格容量の数％と定義されるので、定格容量が小さい程測定誤差も小さくなる。また、バネ２２の逆フィルタを用いると、実際の上下方向の振動を再現することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態は本発明の趣旨の範囲において修正、変更可能である。本実施の形態では、左右方向を感度方向とし、上下方向を非感度方向としたが、例えば、左右方向を非感度方向とし、上下方向を感度方向としてもよい。また、３次元加速度計を用いる場合、左右方向、上下方向及び前後方向のうち二方向を感度方向とし、残りの一方向を非感度方向としてもよい。
【００７０】
また、加速度測定装置の測定対象は鉄道車両に限られず、自動車、飛行機、船舶、地震計、工作機械の振動計測、建物内の発電機、スポーツ工学などの各種分野に応用される。
【００７１】
また、バネ要素（例えば、バネ）とダンピング要素（例えば、樹脂体）とは並列に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係わる加速度測定装置を適用した鉄道車両の概略図である。
【図２】図１に示す加速度測定装置の拡大概略図である。
【図３】加速度測定装置の測定システムを示すブロック図である。
【図４】バネ−質量系の振動周波数に対する倍率を示すグラフである。
【図５】鉄道車両の加速度を測定した結果を示すグラフであり、（Ａ）は非感度方向の加速度を示し、（Ｂ）はローパスフィルタなしの加速度測定装置で感度方向の加速度を測定した比較例を示し、（Ｃ）は実施形態の加速度測定装置で感度方向の加速度を測定した実施例を示す。
【図６】第２の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図７】第３の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図８】第４の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図９】図８に示す加速度測定装置に関する上下方向の加速度のパワースペクトル密度を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）は支持部材の上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフであり、（Ｂ）は図８に示す低加速度センサによって測定された上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフである。
【図１１】第５の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図１２】第６の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【図１３】図１２に示す加速度測定装置に関する上下方向の加速度のパワースペクトル密度を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は支持部材の上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフであり、（Ｂ）は図１２に示す低加速度センサによって測定された上下方向の加速度の時刻歴波形を示すグラフである。
【図１５】第７の実施形態に係わる加速度測定装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 鉄道車両
１１ 車輪
１２ 車軸
１３ 軸箱
１４ 軸ばね
１５ 台車枠
１６ 空気ばね
１７ 車体
２０ 加速度測定装置
２１ 支持部材
２２ 第１のバネ
２４ 錘
２５ 第２のバネ
２６ 低加速度センサ
２７ マイクロコンピュータ
２８ 無線ボード
３１ 高加速度センサ
３２ マイクロコンピュータ
３３ 無線ボード
４１ 解析用コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感度方向の加速度を測定する加速度センサと、
前記感度方向と異なる非感度方向における加速度を減衰するフィルタとを備え、
前記フィルタは、
前記加速度センサと共に移動可能な錘と、
前記錘を前記非感度方向に付勢する第１の弾性体と、前記錘を前記感度方向に付勢する第２の弾性体を備え、
前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の共振周波数が測定の周波数域内も入るように前記第２の弾性体のバネ定数を設定したことを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高精度加速度測定装置において、
前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の逆フィルタ情報を格納する解析用コンピュータを備えることを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高精度加速度測定装置において、
前記第１の弾性体の弾性中心は前記非感度方向において前記錘の重心と一致することを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の高精度加速度測定装置において、
前記第１の弾性体はバネ及び樹脂体の一方であることを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項１】
感度方向の加速度を測定する加速度センサと、
前記感度方向と異なる非感度方向における加速度を減衰するフィルタとを備え、
前記フィルタは、
前記加速度センサと共に移動可能な錘と、
前記錘を前記非感度方向に付勢する第１の弾性体と、前記錘を前記感度方向に付勢する第２の弾性体を備え、
前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の共振周波数が測定の周波数域内も入るように前記第２の弾性体のバネ定数を設定したことを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高精度加速度測定装置において、
前記錘及び前記第２の弾性体からなる系の逆フィルタ情報を格納する解析用コンピュータを備えることを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高精度加速度測定装置において、
前記第１の弾性体の弾性中心は前記非感度方向において前記錘の重心と一致することを特徴とする高精度加速度測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の高精度加速度測定装置において、
前記第１の弾性体はバネ及び樹脂体の一方であることを特徴とする高精度加速度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１５】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１５】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−４０９６３（Ｐ２０１３−４０９６３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５７６９１（Ｐ２０１２−２５７６９１）
【出願日】平成２４年１１月２６日（２０１２．１１．２６）
【分割の表示】特願２００８−２６１４００（Ｐ２００８−２６１４００）の分割
【原出願日】平成２０年１０月８日（２００８．１０．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名：第２１６回 鉄道総研月例発表会 主催者名：財団法人鉄道総合技術研究所 開催日：平成２０年９月１７日
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２６日（２０１２．１１．２６）
【分割の表示】特願２００８−２６１４００（Ｐ２００８−２６１４００）の分割
【原出願日】平成２０年１０月８日（２００８．１０．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名：第２１６回 鉄道総研月例発表会 主催者名：財団法人鉄道総合技術研究所 開催日：平成２０年９月１７日
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
[ Back to top ]