ISO 16063-21 - 基準標準による校正

加速度計校正の基本

この規格は、研究開発用加速度計の校正の最も一般的な実施方法を説明しています。back-to-back基準標準、または特別に製造され精密校正エキサイタ内に埋め込まれた基準標準加速度計のいずれかを利用して、直接に被試験センサ（SUT）を取付けて校正することにより、スピードと簡単さを実現します。最新のコンピュータ制御校正システムは、わずか数分で校正を行い、校正証明書を印刷できます。

2003年現在でリリースされている規格では、10 Hz～10 kHzの一般的な周波数範囲が規定されています。この範囲では、エキサイタの縦方向、または横方向の動きが一定の限界を超えないように、エキサイタを慎重に選別する必要があります。10 Hz～1 kHzの範囲では、横軸は10％を超えてはならず、1 kHz～10 kHzの範囲では、横軸は30％を超えてはなりません。エキサイタはユーザの試験品のような構造であり、あらゆる物には共振周波数があります。実質的にすべてのフレクシャーベース（ビーム型）のエキサイタは横方向の振動モードを持っているため、校正エキサイタが高品質の校正用加振器の制限を超えてしまいます。そのため精密なエアベアリング校正エキサイタは、校正のためだけに使われます。エアベアリング校正エキサイタの近年の開発成果により、トランスデューサの静的重量のための弾性（ラバーバンド）サスペンションや、精密電機子／エアベアリングフィットを損なうことなくセンサの取付け／取外しのために電機子を自動的にロックするという、長年の課題が解決されました。実装、電気的絶縁、サイズ、信頼性などの実用面においても大幅な進歩がありました。

規格の最新版へ追加された章では、データ収録と信号解析の方法を考慮に入れています。もはや殆ど使用されていない従来のRMS電圧計を入力測定に使用する場合は、システムの不確実性のために、シェーカーまたはアンプによる高調波ひずみを考慮する必要があります。このため、最新の加速度計は、精密な動的信号アナライザ（DSA）でのFFTまたはDFT動作に基づいています。周波数ベースの解析により、高調波ひずみや背景ノイズのような外部からの影響が校正や不確実性に与える影響を最小限に抑えることができます。FFTベースの校正に移行するもう一つの利点は、実際に加速度計を取付けるよりも校正試験結果の取得が短時間で済むため、校正スピードが大幅に向上することです。
 

前回解説したとおり、加速度校正プロセスにおいて不確実性の理解は非常に重要です。不確実性は、測定機器に加えて、（国立研究所または１次レーザー標準への）トレーサビリティに関連して基準から１次（標準）まで積み重なります。従って、一般的な加速度計の校正システムの不確実性は、次の３つに大きく分類されます：測定用電子機器（一般的に低い不確実性）、伝達標準加速度計（一般的に不確実性の大部分）、エキサイタの性能（一般的に中程度の不確実性）。最も低い不確実性を達成するには、基準標準は、約0.3％の不確実性を伴うレーザーによる１次校正方式で校正すべきです。別の方法としては、基準標準は、１次標準に直接トレース可能であり約0.8％の不確実性を伴うメーカの「ゴールドスタンダード」に対して校正することができます。最後に、最も一般的には、基準標準は「ゴールドスタンダード」を介して１次標準にリンクするメーカの「作業標準」までトレース可能とされ、この方法は約1.3％の不確実性を伴います。

上記すべてを考慮すると、さまざまな校正システムの実装に関して次のように概観できます。

良い：小型の研究開発用エキサイタ、信号発生器、back-to-back基準標準加速度計、そして一対のDVM。これにより、高調波ひずみと横方向の動きが評価され、理解され、不確実性の計算に組み込まれている限り（通常約3～4％）、簡単な手動操作が可能になります。ただし、横方向の動きが大きいため、避けるべき一定の範囲があります。

より良い：フレクシャー（ビーム型）シェーカー、メーカのゴールドスタンダードに合わせて調整されたback to back基準標準加速度計または埋込伝達標準、最新のPCベースのDSAカード（電源付）、FFT計算用の２チャンネル入力、自動化用の制御ソフトウェア。これらにより、妥当な精度（通常約2～3％の不確実性）を実現し、速度／簡素性が向上します。フレクシャーベース（ビーム型）の校正エキサイタが許容できないほど大きい横方向運動を生じる可能性がある周波数領域には、依然として注意が必要です。

最良：精密な加速度計校正システムの基礎は、特別に設計された内部基準標準加速度計を備えた高品質のエアベアリングエキサイタです。このタイプのエキサイタは、取付共振チェックや基本的な直線性スクリーニングなどの追加機能も可能にします。高精度DSAカードは、出力信号と２チャンネルの入力測定の両方を非常に高精度で実現し、自己校正を行い、便利な言語で自動化をサポートします。アプリケーションおよび制御ソフトウェアには、校正データの保存と取得のための統合データベース機能、およびユーザのニーズ拡大（衝撃校正、低周波数校正など）に応じてシステムを拡張できるモジュール構造も必要です。システムの基準標準加速度計のレーザー１次校正を依頼すれば、システムの不確実性は0.6％程度に低くなります。これは比較校正における最新の成果です。

上記の説明では、規格の概略を解説したに過ぎません。規格について、規格に準拠するために必要な手続きについて、また規格に準拠した校正を行うための標準などに関するご質問があれば、どうぞ弊社にお問い合わせください。

東陽テクニカのセンサ校正とは？