校正と直線性
１Gまたは１０Gでの校正が、１００＋Gでも有効であるのは何故ですか
「加速度計の校正は、校正した以外の加速度レベルに対しても有効ですか？」という質問があります。従来から、自動加速度計校正システムは1Gや10Gなどの一定の加速度レベルでさまざまな周波数を校正してきましたが、ユーザは数百、数千または数万の加速度（G）の範囲で加速度計を使用することがあります。ほとんどの加速度計については質問への答えは「はい」ですが、加速度計のフルスケール範囲の定義を調べる意義はあります。
圧電型加速度計の非常に優れた直線性特性（フルスケールで1％未満の非直線性）は、圧電型加速度計の圧電素子の特性と、圧電素子設計の高い機械的予圧の関数です。適切に設計された圧電型加速度計の受感素子の構造的完全性（スルースタッドまたは形状記憶リングを使用した受感素子の予圧による）により、数千Gの範囲でも数マイクロGの動的事象の測定が保証されます。圧電型加速度計のダイナミックレンジは、24ビットのアナログデジタル変換器のダイナミックレンジと同じオーダーです（機能的には約120 dB）。ただし、この理想的なダイナミックレンジは、カップリング電子回路によって多少減少し、電子回路のノイズフロアがダイナミックレンジの下限となり、供給レールがダイナミックレンジの上限を決めます。さらに、一部の設計では、10％程度の非線形性が見られる程度まで、圧電素子に高いストレスをかけています。一例として、直線性は、ある加速度（G）ごとに1％として指定されることがあります（例：100,000Gまでのフルスケールで、10,000Gあたり1％）。
その他の受感メカニズムは、可変容量振動センサなど、本質的に非線形です。静電容量は、可動プレートのギャップに反比例します（C = kA/d）。分母の項dが+/- 50％変化すると、結果として生じるCの変化は-33％/+100％と、非常に非線形になります。dのフルスケールの変化を10％に減らし、（1次の非線形性をキャンセルする）差動モードを実施しても、残留非線形性は1～2％のオーダーです。多くの場合、サーボフィードバック加速度計は静電容量センシングを使用しますが、可動プレートを強制的に中点に維持し、実際には全く動かないようにすることで優れた直線性を維持します。ピエゾ抵抗型MEMS加速度計などのブリッジ加速度計は、特に完全にアクティブな場合、非線形性が1％未満となる可能性があります。差動モードで圧縮ゲージと引張ゲージの両方を使用すると、非線形項はキャンセルされます。
なぜ1Gまたは10Gが歴史的に使用されているのでしょうか？それは、測定単位（G）、適度なサイズの電気力学的シェーカの物理学、および人間の手の指の数に基づく、偶然の選択のようです。指の数が8本だったら、8Gを標準として使用していたかもしれません。
これらの非線形項のほとんどは、受感素子に大きなストレスがかかったときにのみ作用します。このような大きなストレスは通常、校正シェーカで可能な低レベルでは発生しません。そこで出てくる疑問は、「そのような高加速度レベルをどのように生成できるのですか」というものです。答えは、励起方法のシフトにあります。正弦波の励起から一時的な衝撃に移行すると、加速度（G）レベルは加振器のストローク長に依存しなくなり、衝撃パルスの振幅と幅に依存します。衝撃の接触界面を強化しながら、少量の減衰によって高周波リンギングを排除することにより、制御可能な繰返しで非常に高い加速度（G）レベルを生成できます。空気圧制御の励起により、1,000 G～10,000 Gの範囲で中～高レベルの加速度を生成します。また、ホプキンソンバーを使用して、50,000 G～100,000 Gの非常に高い加速度レベルを生成します。これらの高加速度励起方法を使用すれば、標準的な加速度計と衝撃加速度計の両方の上限範囲で、さまざまな振幅ポイントを測定できます。これらの高加速度レベルは、自動車の衝突、弾道、宇宙構造物の火工技術による分離など、衝撃または爆発事象によく見られるものです。
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