- 开发了一种系统，使用世界上最低的振动水平（振幅 14 皮米，频率 63 kHz）来校准振动传感器
- 确保人造卫星使用的高灵敏度振动传感器的精度，为星上精密设备的可靠运行做出贡献
- 用该系统校准的振动传感器将安装在目前正在开发的工程测试卫星九号（ETS-9）上
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。
*左侧显示的传感器用于测试目的，并非安装在卫星上的实际传感器。
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）分析测量标准研究部、声波振动标准研究组黑山渡首席研究员、下田智文首席研究员、野里秀明研究组组长是世界最小振动级别（最低 14皮米)振动传感器这一结果是通过引入减少噪声影响的拟合计算技术和自动测量位置调整机制而实现的。根据三菱电机公司的要求，该系统还用于校准安装在人造卫星上的高灵敏度振动传感器，用该系统校准的传感器安装在日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）目前正在开发的人造卫星工程测试卫星 9（ETS-9，主要制造商：三菱电机公司）上。
有关该技术的更多信息，请参阅国际计量局（BIPM）和英国物理学会出版社（IOP Publishing）于2025年1月8日出版的期刊《计量发布
在太空中运行的人造卫星通常比在地面上更安静，振动也更小，但在控制太阳能电池板朝向太阳的方向或控制卫星本身的姿态时，可能会发生非常轻微的振动。卫星上的一些设备对振动很敏感，因此有必要测量和量化即使是最轻微的振动。此时使用的高灵敏度振动传感器在发射后无法修复或更换，因此需要提前确认测量值是否正确且无偏差。
评估振动传感器测量值准确程度的最可靠方法是使用激光波长作为参考灵敏度和相移具体的には、激光干涉仪精确测量的振动水平到振动传感器并评估此时振动传感器的响应特性。这称为振动传感器的初步校准。
卫星上的高灵敏度振动传感器为01 m/s2因为它设计用于测量小至 001 m/s 的振动2的微小振动水平。 （大约是地球重力的 1/1000）。在这种情况下，振动幅度变得极小，约为皮米量级，并且激光干涉仪的信噪比恶化，使得初次校准变得困难。
AIST 长期以来拥有能够对振动传感器进行初级校准的系统。校准证书此时使用的正常振动条件因振动频率而异，但通常为 100 m/s2（大约是地球重力的10倍）。这种振动水平与火箭发射过程中所经历的振动水平大致相似。
近年では产业界のニーズに応えるため、低周波帯域（01 Hz～100） Hz）における微小振动を用いた振动センサー校正shisutemuの开発を行ってきました（2023 年 5 月 29 日 AIST 新闻稿）。到目前为止，我们开发的系统旨在提高用于早期检测建筑物、桥梁和其他基础设施恶化的振动传感器的可靠性。然而，由于振动器性能的限制，该系统的振动频率范围被限制在100 Hz左右，最小振动幅度为几个纳米。因此，无法校准人造卫星中使用的振动传感器所需的从几赫兹到几千赫兹的振动频率范围。因此，我们决定开发一种新的校准系统，支持高达几千赫兹的频段，并允许我们评估传感器对更小的振动的响应（频率响应）特性。
为了使用微小振动对振动传感器进行初步校准，分离信号和噪声非常重要。这是因为我们想要用微振动测量的信号非常小，而系统本身和周围环境传入的噪声就变得比较大。为此，我们开发了如图1（a）所示的校准系统。在该系统的开发中特别重要的是（1）从激光干涉仪的噪声中提取微小信号的信号处理技术，（2）防止来自激励器的信号绕过参考激光干涉仪的防振技术，以及（3）允许微调激光照射位置的自动调节机制。
对于①中的信号处理技术，我们应用了我们组在过去的研究中发现的从噪声中提取微小信号的最佳拟合计算方法。此外，由于最好尽可能地整合长时间内的数据，因此可以从噪声中提取小信号，因此我们构建了一个可以自动整合长期测量的信号处理和控制系统。对于隔振技术（2），我们通过机械分离激振器和激光干涉仪的放置，并适当选择激振器安装的隔振结构，尽可能减少振动的环绕。对于自动调整机构（3），我们引入了两轴自动平台，可以精细地自动调整激光照射位置，因为之前的研究表明测量结果会根据激光照射位置而变化。我们构建了一个通过执行多点测量来检测、评估和减少依赖性的系统。
图 1 (a) 该系统的整体照片，(b) 该系统达到的振动水平
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。
随着这些技术的发展，在 5 Hz 至 63 kHz 振动频率范围内实现 001 m/s 的目标2的微小振动水平下执行校准。当转换为幅度时，该值非常小，最小为 14 皮米（图 1(b)）。据目前报道，这是该频段内初级校准的世界最低振动水平。在 63 kHz 处，改进最大，现有系统 (100 m/s2) 的 1/400002我们引入的微小信号提取技术能够精确检测这种微小的振动。
这次测量的值不确定性并确认该系统具有足够的性能。振动传感器校准提供两种类型的频率响应测量：灵敏度和相移。作为不确定性因素，我们列出了灵敏度的17项和相移的11项，对每一项进行定量估计，并计算出最终的不确定性。その结果、扩大的不确定性（k=2)，我们获得了19%的灵敏度和076°的相移（32点振动频率的中值）。由于星载卫星等应用所需的不确定性通常为百分之几，因此发现可以获得足够的性能。
应三菱电机公司的要求，我们使用该系统来评估安装在 ETS-9 中的振动传感器的特性。总共六个传感器以与卫星运行时实际环境相似的振动水平进行振动，通过将测量结果与激光干涉仪测量结果进行比较，获得所需的频率响应特性。这意味着我们能够在发射前准确确认轨道上传感器测量的实际振动水平。这些传感器将安装在ETS-9的结构板上，用于测量和评估控制太阳能电池板旋转的执行器产生的振动幅度。
未来，我们将进一步降低该系统各部分的噪音水平，并致力于使用更小的振动来校准振动传感器。这将有助于提高各个领域微振动测量技术的可靠性，包括人造卫星的精密振动测量。
已出版的杂志：计量学
论文标题：皮米位移加速度计的初级微振动校准
作者：黑山渡、下田智文、野里秀明
DOI：101088/1681-7575/ad9a6e