Development of a correction method for high-frequency vibration measurement errors caused by contact stiffness

接触刚度引起的高频振动测量误差修正方法的开发

• 批准号: 22K14273
• 负责人: 下田 智文
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14273/
• 关键词: 加速度センサ; 振動計測; 接触剛性; レーザー干渉計

2022年度は研究実施計画の「原理検証」の部分を主に実施した。具体的には、加速度センサを異なる材質（ステンレス・チタン・超硬タングステン）の治具に取り付けて感度特性を測定し、高周波（＞10kHz）の特性が治具材質に依存することを確認した。また、加速度センサを反転して受感面に直接レーザーを当て、取付先の材質に依存しないセンサ固有の特性を測定する技術も開発した。これらの結果を総合して解析した結果、材質による周波数特性の変化が、考案した力学モデルで説明できることを確認した。これは本研究計画の基礎となる部分であり、提案している加速度センサの感度特性補正手法の実現可能性を示したものである。力学モデルでは先行研究より詳細な要素までが考慮されており、先行研究のモデルでは説明できなかった周波数特性も説明できるようになっている。この新たなモデルの妥当性が確認されたことで、高周波振動計測の力学的な理解を深めることにも貢献している。また材質による感度の違いが実測によりに確認されたことで、実際の振動計測における不確かさの程度を知ることにもつながる。さらに力学モデルに基づいたフィッティングから、加速度センサと測定対象の接触部の剛性を定量的に推定することもできている。今後詳細な検討は必要であるが、測定対象の物性値とセンサ感度の間の関係を定量的に知ることができれば、センサの取付前に感度をある程度予測でき、簡易的な感度変化補正を行うことができる可能性に繋がる。これらの得られた結果については論文執筆を進めている。

2022财年，我们主要实施了研究实施计划的“原理验证”部分。具体来说，我们将加速度传感器安装到由不同材料（不锈钢、钛​​和碳化钨）制成的夹具上，并测量了它们的灵敏度特性，并确认了高频（>10kHz）特性取决于夹具的材料。我们还开发了一种技术，可以反转加速度传感器并将激光直接照射到传感表面上，以测量传感器的独特特性，而与传感器安装的材料无关。通过对这些结果进行综合分析，我们确认可以使用设计的机械模型来解释由材料引起的频率特性的变化。这是本研究计划的基础，证明了所提出的加速度传感器灵敏度特性校正方法的可行性。动态模型比以前的研究考虑了更详细的元素，现在能够解释以前研究的模型无法解释的频率特性。通过确认这一新模型的有效性，还有助于更深入地了解高频振动测量的力学原理。此外，通过实际测量确认不同材料的灵敏度差异，我们将能够了解实际振动测量的不确定程度。此外，可以通过基于力学模型的拟合来定量估计加速度传感器和测量目标之间的接触区域的刚度。虽然未来还需要进行详细的研究，但如果我们能够定量地知道被测物体的物理性质值与传感器灵敏度之间的关系，我们就可以在安装传感器之前对灵敏度进行一定程度的预测，并进行简单的灵敏度改变修正这导致能够做某事的可能性。我们目前正在写一篇关于这些结果的论文。