JP2000097707A - 加速度センサ - Google Patents
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
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- G01—MEASURING; TESTING
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- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型の構成にて精度良く一方向の加速度（直
線運動の加速度）を検出できる加速度センサを提供す
る。 【解決手段】 振動子１とそれに連なる重り部２とに一
方向の加速度（白抜矢符方向）が加わった場合、支持点
Ｓと重心Ｇとの違いによって、振動子１に回転モーメン
トが発生し、その回転モーメントに応じた特徴量を検知
部３で検知して直線運動の加速度を検出する。
線運動の加速度）を検出できる加速度センサを提供す
る。 【解決手段】 振動子１とそれに連なる重り部２とに一
方向の加速度（白抜矢符方向）が加わった場合、支持点
Ｓと重心Ｇとの違いによって、振動子１に回転モーメン
トが発生し、その回転モーメントに応じた特徴量を検知
部３で検知して直線運動の加速度を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサに関
し、特に、一方向の加速度（直線運動の加速度）を検出
する加速度センサに関する。
し、特に、一方向の加速度（直線運動の加速度）を検出
する加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】加速度を検出する小型の加速度センサは
従来から種々の方式のものが実用化されている。例え
ば、片持ち梁の加速度センサとしては、支持体にて圧電
体を片持支持させ、加速度の発生に応じた圧電体の歪み
によって生じた電圧を検知して加速度を検出するような
構成にした加速度センサ、支持体にて半導体を片持支持
させ、加速度の発生に応じた半導体の歪みによる抵抗値
の変化を検知して加速度を検出するような構成にした加
速度センサ等が知られている。また、光ファイバジャイ
ロの慣性を利用して、加速度を検出する加速度センサも
提案されている。
従来から種々の方式のものが実用化されている。例え
ば、片持ち梁の加速度センサとしては、支持体にて圧電
体を片持支持させ、加速度の発生に応じた圧電体の歪み
によって生じた電圧を検知して加速度を検出するような
構成にした加速度センサ、支持体にて半導体を片持支持
させ、加速度の発生に応じた半導体の歪みによる抵抗値
の変化を検知して加速度を検出するような構成にした加
速度センサ等が知られている。また、光ファイバジャイ
ロの慣性を利用して、加速度を検出する加速度センサも
提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したような片持ち
梁の加速度センサの場合、構造体（圧電体または半導
体）を歪ませるためには、その構造体の質量を大きくし
て応力を大きくする必要がある。よって、検出精度を高
めるためには、重量化及び大型化を避けることがででき
ない。また、光ファイバジャイロを用いる加速度センサ
では、小型化を図るために光ファイバの径を小さくする
と検出精度が低くなる、更に、１個の加速度センサで一
方向の加速度と回転角速度との分離を行えず、実用化に
は問題がある。
梁の加速度センサの場合、構造体（圧電体または半導
体）を歪ませるためには、その構造体の質量を大きくし
て応力を大きくする必要がある。よって、検出精度を高
めるためには、重量化及び大型化を避けることがででき
ない。また、光ファイバジャイロを用いる加速度センサ
では、小型化を図るために光ファイバの径を小さくする
と検出精度が低くなる、更に、１個の加速度センサで一
方向の加速度と回転角速度との分離を行えず、実用化に
は問題がある。
【０００４】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、小型の構成にて精度良く一方向の加速度を検出
できる加速度センサを提供することを目的とする。
であり、小型の構成にて精度良く一方向の加速度を検出
できる加速度センサを提供することを目的とする。
【０００５】本発明の他の目的は、１個の加速度センサ
にて一方向の加速度と回転角速度とを分離でき、正確に
一方向の加速度を検出できる加速度センサを提供するこ
とにある。
にて一方向の加速度と回転角速度とを分離でき、正確に
一方向の加速度を検出できる加速度センサを提供するこ
とにある。
【０００６】本発明の更に他の目的は、３次元それぞれ
の方向の加速度を同時に検出できる加速度センサを提供
することにある。
の方向の加速度を同時に検出できる加速度センサを提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る加速度セ
ンサは、加速度を検出する加速度センサにおいて、振動
子と、該振動子に連なっており、前記振動子に自身を加
えたものの重心位置と異なる位置で支持されている重り
部と、前記振動子及び重り部に一方向の加速度が加わっ
た場合に前記振動子に発生する回転モーメントに応じた
特徴量を検知する検知部とを備えることを特徴とする。
ンサは、加速度を検出する加速度センサにおいて、振動
子と、該振動子に連なっており、前記振動子に自身を加
えたものの重心位置と異なる位置で支持されている重り
部と、前記振動子及び重り部に一方向の加速度が加わっ
た場合に前記振動子に発生する回転モーメントに応じた
特徴量を検知する検知部とを備えることを特徴とする。
【０００８】図１は、本発明の加速度センサの検出原理
を示す説明図である。本発明の加速度センサは、振動子
１とこれに連なる重り部２と検知部３とを有する。重り
部２は支持点Ｓで支持されており、この支持点Ｓの位置
は、振動子１及び重り部２の重心Ｇの位置と異なってい
る。このような加速度センサが一方向の加速度（図１白
抜矢符方向）を受けた場合、支持点Ｓを中心とした回転
モーメント（図１矢符Ａ，大きさＭＬａ（但し、Ｍ：重
り部２の質量，Ｌ：支持点Ｓから重り部２の重心までの
距離，ａ：加えられた加速度））が生じる。この回転モ
ーメントによって振動子１にねじり撓み（図１矢符Ｂ）
が発生する。検知部３はこのような回転モーメントに応
じた特徴量を検知する。回転モーメントの大きさは、検
出対象の加速度の大きさに比例するので、この特徴量を
検知することによって、加速度を検出できる。
を示す説明図である。本発明の加速度センサは、振動子
１とこれに連なる重り部２と検知部３とを有する。重り
部２は支持点Ｓで支持されており、この支持点Ｓの位置
は、振動子１及び重り部２の重心Ｇの位置と異なってい
る。このような加速度センサが一方向の加速度（図１白
抜矢符方向）を受けた場合、支持点Ｓを中心とした回転
モーメント（図１矢符Ａ，大きさＭＬａ（但し、Ｍ：重
り部２の質量，Ｌ：支持点Ｓから重り部２の重心までの
距離，ａ：加えられた加速度））が生じる。この回転モ
ーメントによって振動子１にねじり撓み（図１矢符Ｂ）
が発生する。検知部３はこのような回転モーメントに応
じた特徴量を検知する。回転モーメントの大きさは、検
出対象の加速度の大きさに比例するので、この特徴量を
検知することによって、加速度を検出できる。
【０００９】請求項２に係る加速度センサは、請求項１
において、前記振動子は圧電体からなるねじり振動子で
あり、前記特徴量は回転モーメントに応じた前記ねじり
振動子の電圧であることを特徴とする。
において、前記振動子は圧電体からなるねじり振動子で
あり、前記特徴量は回転モーメントに応じた前記ねじり
振動子の電圧であることを特徴とする。
【００１０】振動子として圧電体のねじり振動子を使用
し、回転モーメントに応じた出力電圧の差を検知して加
速度を検出する。よって、振動子を簡素な構成にでき
る。
し、回転モーメントに応じた出力電圧の差を検知して加
速度を検出する。よって、振動子を簡素な構成にでき
る。
【００１１】請求項３に係る加速度センサは、加速度を
検出する加速度センサにおいて、振動子と、該振動子に
連なっており、前記振動子に自身を加えたものの重心位
置と異なる位置で支持されている重り部と、前記振動子
が一定方向に振動している状態で、前記振動子及び重り
部に一方向の加速度が加わった場合に前記振動子に発生
する回転角速度によって生じるコリオリ力を検知する検
知部とを備えることを特徴とする。
検出する加速度センサにおいて、振動子と、該振動子に
連なっており、前記振動子に自身を加えたものの重心位
置と異なる位置で支持されている重り部と、前記振動子
が一定方向に振動している状態で、前記振動子及び重り
部に一方向の加速度が加わった場合に前記振動子に発生
する回転角速度によって生じるコリオリ力を検知する検
知部とを備えることを特徴とする。
【００１２】振動子を振動させておき、一方向の加速度
を受けた場合、回転モーメントによって振動子に回転角
速度が発生し、その回転角速度によって振動子の振動方
向と直交するコリオリ力が生じる。このコリオリ力を検
知して加速度を検出する。よって、簡単な構成で加速度
を検出できる。
を受けた場合、回転モーメントによって振動子に回転角
速度が発生し、その回転角速度によって振動子の振動方
向と直交するコリオリ力が生じる。このコリオリ力を検
知して加速度を検出する。よって、簡単な構成で加速度
を検出できる。
【００１３】請求項４に係る加速度センサは、請求項３
において、前記回転角速度の回転軸と前記コリオリ力の
検知軸とが同一の方向であることを特徴とする。
において、前記回転角速度の回転軸と前記コリオリ力の
検知軸とが同一の方向であることを特徴とする。
【００１４】回転角速度の回転軸とコリオリ力の検知軸
とを同一の方向としており、回転モーメントによって振
動子に発生した回転角速度による正確なコリオリ力を検
知でき、加速度の検出精度が向上する。
とを同一の方向としており、回転モーメントによって振
動子に発生した回転角速度による正確なコリオリ力を検
知でき、加速度の検出精度が向上する。
【００１５】請求項５に係る加速度センサは、請求項３
において、前記重り部の少なくとも一部が弾性体である
ことを特徴とする。
において、前記重り部の少なくとも一部が弾性体である
ことを特徴とする。
【００１６】重り部の少なくとも一部が弾性体であるの
で、回転モーメントによって発生する回転角速度を大き
くできる。
で、回転モーメントによって発生する回転角速度を大き
くできる。
【００１７】請求項６に係る加速度センサは、加速度を
検出する加速度センサにおいて、ある点で支持された第
１振動子を有し、該第１振動子が支持されている位置と
それ自身の重心位置とが異なっており、一方向の加速度
が加わった場合に前記第１振動子に回転角速度が発生す
る第１センサと、ある点で支持された第２振動子を有
し、該第２振動子が支持されている位置と自身の重心位
置とが同一であり、一方向の加速度が加わった場合に前
記第２振動子に回転角速度が発生しない第２センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力との差を
求める差分検出器とを備えることを特徴とする。
検出する加速度センサにおいて、ある点で支持された第
１振動子を有し、該第１振動子が支持されている位置と
それ自身の重心位置とが異なっており、一方向の加速度
が加わった場合に前記第１振動子に回転角速度が発生す
る第１センサと、ある点で支持された第２振動子を有
し、該第２振動子が支持されている位置と自身の重心位
置とが同一であり、一方向の加速度が加わった場合に前
記第２振動子に回転角速度が発生しない第２センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力との差を
求める差分検出器とを備えることを特徴とする。
【００１８】支持位置と重心位置とを異ならせて一方向
の加速度に応じた回転角速度を発生する第１センサの出
力と、支持位置と重心位置とを同一にして一方向の加速
度に応じて回転角速度を発生しない第２センサの出力と
の差を求める。第１センサの出力には、系全体の回転運
動に応じた成分と一方向の加速度に応じた成分とが含ま
れ、第２センサの出力には、系全体の回転運動に応じた
成分しか含まれない。よって、第１センサの出力，第２
センサの出力の差を求めることにより、一方向の加速度
に応じた成分のみを検出でき、系全体が回転していて
も、１個の加速度センサにて、一方向の加速度を正確に
検出できる。また、系全体の回転運動と直線運動とを分
離することができる。
の加速度に応じた回転角速度を発生する第１センサの出
力と、支持位置と重心位置とを同一にして一方向の加速
度に応じて回転角速度を発生しない第２センサの出力と
の差を求める。第１センサの出力には、系全体の回転運
動に応じた成分と一方向の加速度に応じた成分とが含ま
れ、第２センサの出力には、系全体の回転運動に応じた
成分しか含まれない。よって、第１センサの出力，第２
センサの出力の差を求めることにより、一方向の加速度
に応じた成分のみを検出でき、系全体が回転していて
も、１個の加速度センサにて、一方向の加速度を正確に
検出できる。また、系全体の回転運動と直線運動とを分
離することができる。
【００１９】請求項７に係る加速度センサは、請求項６
において、前記第１センサの回転角速度の回転軸と前記
第２センサの回転角速度の回転軸とが同一方向であるこ
とを特徴とする。
において、前記第１センサの回転角速度の回転軸と前記
第２センサの回転角速度の回転軸とが同一方向であるこ
とを特徴とする。
【００２０】第１センサの回転角速度の回転軸と第２セ
ンサの回転角速度の回転軸とを同一方向としており、一
方向の加速度に応じた成分を精度良く検出できる。
ンサの回転角速度の回転軸とを同一方向としており、一
方向の加速度に応じた成分を精度良く検出できる。
【００２１】請求項８に係る加速度センサは、請求項６
または７において、前記第１振動子の特性と前記第２振
動子の特性とが同一であることを特徴とする。
または７において、前記第１振動子の特性と前記第２振
動子の特性とが同一であることを特徴とする。
【００２２】第１センサ及び第２センサの特性（感度，
周波数応答等）が同一であるので、系全体の回転運動に
応じた成分も同一のものが検出され、一方向の加速度に
応じた成分を精度良く検出できる。
周波数応答等）が同一であるので、系全体の回転運動に
応じた成分も同一のものが検出され、一方向の加速度に
応じた成分を精度良く検出できる。
【００２３】請求項９に係る加速度センサは、請求項
６，７及び８の何れかに記載の前記第１センサ，第２セ
ンサ及び差分検出器からなる組を複数組備えることを特
徴とする。
６，７及び８の何れかに記載の前記第１センサ，第２セ
ンサ及び差分検出器からなる組を複数組備えることを特
徴とする。
【００２４】請求項10に係る加速度センサは、請求項９
において、前記第１センサ，第２センサ及び差分検出器
からなる組が３組であり、各組における加速度の検出方
向が互いに直交するようにその３組を配置してあること
を特徴とする。
において、前記第１センサ，第２センサ及び差分検出器
からなる組が３組であり、各組における加速度の検出方
向が互いに直交するようにその３組を配置してあること
を特徴とする。
【００２５】第１センサ，第２センサ及び差分検出器か
らなる組を、検出軸を互いに直交させて２組設ける場合
には、２次元方向の直線運動の加速度を平面的に同時に
検出でき、検出軸を互いに直交させて３組設ける場合に
は、３次元方向の直線運動の加速度を立体的に同時に検
出できる。
らなる組を、検出軸を互いに直交させて２組設ける場合
には、２次元方向の直線運動の加速度を平面的に同時に
検出でき、検出軸を互いに直交させて３組設ける場合に
は、３次元方向の直線運動の加速度を立体的に同時に検
出できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。
示す図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】（第１実施の形態）図２は、本発明の第１
実施の形態による加速度センサの構成を示す斜視図であ
る。この加速度センサは、直方体状の基台10（幅３ｍ
ｍ，長さ８ｍｍ，高さ 0.7ｍｍ）と、例えば 165Ｙ−Ｌ
ｉＮｂＯ3 製の圧電体からなる直方体状の振動子11（幅
３ｍｍ，長さ 1.8ｍｍ，高さ 0.5ｍｍ）と、例えば鉛ガ
ラス製の直方体状の重り部12（幅３ｍｍ，長さ８ｍｍ，
高さ１ｍｍ）とを有する。振動子11は重り部12の端部
に、振動子11の３ｍｍ× 0.5ｍｍの面と重り部12の３ｍ
ｍ×１ｍｍの面とを面一にした態様で、連なっている。
基台10は、重り部12と合同な最大面を対向させた態様で
配置され、その端部に振動子11が支持されている。基台
10には、振動子11の出力を取り出す出力電極10a とアー
ス用のＧＮＤ電極10b とが設けられている。
実施の形態による加速度センサの構成を示す斜視図であ
る。この加速度センサは、直方体状の基台10（幅３ｍ
ｍ，長さ８ｍｍ，高さ 0.7ｍｍ）と、例えば 165Ｙ−Ｌ
ｉＮｂＯ3 製の圧電体からなる直方体状の振動子11（幅
３ｍｍ，長さ 1.8ｍｍ，高さ 0.5ｍｍ）と、例えば鉛ガ
ラス製の直方体状の重り部12（幅３ｍｍ，長さ８ｍｍ，
高さ１ｍｍ）とを有する。振動子11は重り部12の端部
に、振動子11の３ｍｍ× 0.5ｍｍの面と重り部12の３ｍ
ｍ×１ｍｍの面とを面一にした態様で、連なっている。
基台10は、重り部12と合同な最大面を対向させた態様で
配置され、その端部に振動子11が支持されている。基台
10には、振動子11の出力を取り出す出力電極10a とアー
ス用のＧＮＤ電極10b とが設けられている。
【００２８】図３は、この振動子11の構成図である。振
動子11は、２個のすべり振動子11a,11bを有するねじり
振動子であり、２個の各すべり振動子11a, 11bにおける
異なる向きのすべり応力（図３の矢符）による電位差を
検出するようにしている。
動子11は、２個のすべり振動子11a,11bを有するねじり
振動子であり、２個の各すべり振動子11a, 11bにおける
異なる向きのすべり応力（図３の矢符）による電位差を
検出するようにしている。
【００２９】このような加速度センサにあって、一方向
の加速度（図２白抜矢符方向）を受けると、重心と支持
点との位置ずれによって振動子11の支持点を中心とした
回転モーメントが生じ、振動子11の２個の各すべり振動
子11a, 11bに異なる方向の横すべりが生じる。そして、
この横すべりによるねじれ振動によって、すべり振動子
11a, 11b間に電位差が発生するので、この電位差を出力
電極10a を介して検知することにより、加速度を検出す
る。
の加速度（図２白抜矢符方向）を受けると、重心と支持
点との位置ずれによって振動子11の支持点を中心とした
回転モーメントが生じ、振動子11の２個の各すべり振動
子11a, 11bに異なる方向の横すべりが生じる。そして、
この横すべりによるねじれ振動によって、すべり振動子
11a, 11b間に電位差が発生するので、この電位差を出力
電極10a を介して検知することにより、加速度を検出す
る。
【００３０】なお、上記例では、振動子11として、２個
のすべり振動子11a, 11bを有するねじり振動子を用いる
ようにしたが、ねじり振動音叉を振動子11として利用す
るようにしても良い。また、縦振動子を用いれば、縦方
向の回転モーメントによる応力も検出できる。
のすべり振動子11a, 11bを有するねじり振動子を用いる
ようにしたが、ねじり振動音叉を振動子11として利用す
るようにしても良い。また、縦振動子を用いれば、縦方
向の回転モーメントによる応力も検出できる。
【００３１】（第２実施の形態）図４，図５は、本発明
の第２実施の形態による加速度センサの構成を示す正面
図，斜視図である。この加速度センサは、偏平な直方体
状の基台20と、基台20にゴム材21により立設支持された
例えばシリコンゴム製の弾性体からなる偏平な支持部22
と、支持部22の先端に取り付けられており、音叉型振動
子23を内蔵するジャイロ素子24とを有する。
の第２実施の形態による加速度センサの構成を示す正面
図，斜視図である。この加速度センサは、偏平な直方体
状の基台20と、基台20にゴム材21により立設支持された
例えばシリコンゴム製の弾性体からなる偏平な支持部22
と、支持部22の先端に取り付けられており、音叉型振動
子23を内蔵するジャイロ素子24とを有する。
【００３２】図６は、このような加速度センサにおける
加速度検出時の音叉型振動子23の状態を示す図である。
加速度検出する間は、図６（ａ）に示すように、音叉型
振動子23を常に一方向（図６（ａ）白抜矢符方向）に励
振させておく。そして、一方向の加速度（図４，図５白
抜矢符方向）を受けると、重心と支持点との位置ずれに
よって回転モーメント（回転角速度）が生じる。このよ
うな回転角速度が生じると、図６（ｂ）に示すように、
振動方向と直交する方向にコリオリ力（図６（ｂ）白抜
矢符方向，大きさＦｃ＝２ｍＶω（ｍ：音叉型振動子23
の質量，Ｖ：振動速度，ω：回転角速度））が生じる。
そして、このコリオリ力を検知することにより、加速度
を検出する。
加速度検出時の音叉型振動子23の状態を示す図である。
加速度検出する間は、図６（ａ）に示すように、音叉型
振動子23を常に一方向（図６（ａ）白抜矢符方向）に励
振させておく。そして、一方向の加速度（図４，図５白
抜矢符方向）を受けると、重心と支持点との位置ずれに
よって回転モーメント（回転角速度）が生じる。このよ
うな回転角速度が生じると、図６（ｂ）に示すように、
振動方向と直交する方向にコリオリ力（図６（ｂ）白抜
矢符方向，大きさＦｃ＝２ｍＶω（ｍ：音叉型振動子23
の質量，Ｖ：振動速度，ω：回転角速度））が生じる。
そして、このコリオリ力を検知することにより、加速度
を検出する。
【００３３】加速度による回転モーメント（回転角速
度）の回転軸（図５矢符Ｃ）と、音叉型振動子23に加わ
るコリオリ力の検知軸（図５矢符Ｄ）とは同一方向であ
り、コリオリ力を検知することにより加速度を正確に検
出できる。また、支持部22に弾性体を使用しているの
で、支持部22の端に音叉型振動子23を設置する場合、支
持部22に剛体を利用したときと比較して、同じ大きさの
回転モーメントが生じても大きな回転角速度が発生する
ことになって感度が向上する。
度）の回転軸（図５矢符Ｃ）と、音叉型振動子23に加わ
るコリオリ力の検知軸（図５矢符Ｄ）とは同一方向であ
り、コリオリ力を検知することにより加速度を正確に検
出できる。また、支持部22に弾性体を使用しているの
で、支持部22の端に音叉型振動子23を設置する場合、支
持部22に剛体を利用したときと比較して、同じ大きさの
回転モーメントが生じても大きな回転角速度が発生する
ことになって感度が向上する。
【００３４】なお、上記例では、音叉型振動子23を用い
るようにしたが、回転角速度に応じてコリオリ力を発生
する構成であれば、角柱振動子，円柱振動子を使用する
ようにしても良い。また、支持部22を弾性体としたが、
バネで支えられた剛体を用いても良い。この構成の場合
には、音叉型振動子23はどこにおいてもその回転角速度
の大きさは同じである。
るようにしたが、回転角速度に応じてコリオリ力を発生
する構成であれば、角柱振動子，円柱振動子を使用する
ようにしても良い。また、支持部22を弾性体としたが、
バネで支えられた剛体を用いても良い。この構成の場合
には、音叉型振動子23はどこにおいてもその回転角速度
の大きさは同じである。
【００３５】（第３実施の形態）音叉型振動子を支持す
る基台が回転しない場合には、上述した第２実施の形態
で正確に一方向の加速度を検出することが可能である。
しかしながら、この基台自体が回転する可能性も高い。
このような場合には、その回転によるコリオリ力も音叉
型振動子に発生するので、一方向の加速度に起因するコ
リオリ力と、基台の回転に起因するコリオリ力とを分離
しなければ、一方向の正確な加速度を検出できないこと
になる。以下に示す第３実施の形態は、このような２種
類のコリオリ力を分離して、基台が回転していても正確
に一方向の加速度を検出できるようにした例である。
る基台が回転しない場合には、上述した第２実施の形態
で正確に一方向の加速度を検出することが可能である。
しかしながら、この基台自体が回転する可能性も高い。
このような場合には、その回転によるコリオリ力も音叉
型振動子に発生するので、一方向の加速度に起因するコ
リオリ力と、基台の回転に起因するコリオリ力とを分離
しなければ、一方向の正確な加速度を検出できないこと
になる。以下に示す第３実施の形態は、このような２種
類のコリオリ力を分離して、基台が回転していても正確
に一方向の加速度を検出できるようにした例である。
【００３６】図７は、本発明の第３実施の形態による加
速度センサの構成を示す模式図である。この加速度セン
サは、偏平な直方体状の基台30と、基台30にゴム材31に
より立設支持された例えばシリコンゴム製の弾性体から
なる偏平な支持部32、及び、支持部32の先端に取り付け
られており、音叉型振動子33を内蔵するジャイロ素子34
を有する第１センサ35と、基台30に金属材36により固定
されており、音叉型振動子37を内蔵するジャイロ素子38
を有する第２センサ39と、第１センサ35の出力及び第２
センサ39の出力の差を求める差動増幅器40とを備える。
この第１センサ35のジャイロ素子34と第２センサ39のジ
ャイロ素子38とは、回転角速度に対する感度，周波数応
答等の特性が全く同一であり、また、それらのコリオリ
力の検知軸（図７矢符Ｅ，Ｆ）の方向も同一であり、同
じ大きさの回転角速度に対して同じ大きさのコリオリ力
を発生する。
速度センサの構成を示す模式図である。この加速度セン
サは、偏平な直方体状の基台30と、基台30にゴム材31に
より立設支持された例えばシリコンゴム製の弾性体から
なる偏平な支持部32、及び、支持部32の先端に取り付け
られており、音叉型振動子33を内蔵するジャイロ素子34
を有する第１センサ35と、基台30に金属材36により固定
されており、音叉型振動子37を内蔵するジャイロ素子38
を有する第２センサ39と、第１センサ35の出力及び第２
センサ39の出力の差を求める差動増幅器40とを備える。
この第１センサ35のジャイロ素子34と第２センサ39のジ
ャイロ素子38とは、回転角速度に対する感度，周波数応
答等の特性が全く同一であり、また、それらのコリオリ
力の検知軸（図７矢符Ｅ，Ｆ）の方向も同一であり、同
じ大きさの回転角速度に対して同じ大きさのコリオリ力
を発生する。
【００３７】第１センサ35は、前述した第２実施の形態
における加速度センサと同様の構成をなし、支持点の位
置と重心の位置とが異なっており、一方向の加速度（図
７白抜矢符方向）を受けた場合に回転モーメントが発生
する。これに対して、第２センサ39は、支持点の位置と
重心の位置とが同一であり、一方向の加速度を受けても
回転モーメントが発生しない。
における加速度センサと同様の構成をなし、支持点の位
置と重心の位置とが異なっており、一方向の加速度（図
７白抜矢符方向）を受けた場合に回転モーメントが発生
する。これに対して、第２センサ39は、支持点の位置と
重心の位置とが同一であり、一方向の加速度を受けても
回転モーメントが発生しない。
【００３８】基台30が回転している状態で、一方向の加
速度（図７白抜矢符方向）を受けると、第１センサ35で
は重心と支持点との位置ずれによって回転モーメント
（回転角速度）が生じる。そして、一方向の加速度によ
るこの回転角速度により、第２実施の形態と同様に、コ
リオリ力が音叉型振動子33に発生すると共に、基台30の
回転による回転角速度によっても、コリオリ力が音叉型
振動子33に発生する。これらの２種類のコリオリ力を加
えた電気信号が、差動増幅器40に出力される。
速度（図７白抜矢符方向）を受けると、第１センサ35で
は重心と支持点との位置ずれによって回転モーメント
（回転角速度）が生じる。そして、一方向の加速度によ
るこの回転角速度により、第２実施の形態と同様に、コ
リオリ力が音叉型振動子33に発生すると共に、基台30の
回転による回転角速度によっても、コリオリ力が音叉型
振動子33に発生する。これらの２種類のコリオリ力を加
えた電気信号が、差動増幅器40に出力される。
【００３９】一方、基台30が回転している状態で、この
ような一方向の加速度を受けても、第２センサ39では、
支持点の位置と重心の位置とが同一であるので、その加
速度に起因する回転モーメント（回転角速度）は生じ
ず、基台30の回転運動に起因するコリオリ力のみが音叉
型振動子37に発生する。このコリオリ力の大きさは、第
１センサ35における基台30の回転運動に起因するコリオ
リ力の大きさに等しい。そして、このコリオリ力に応じ
た電気信号が、差動増幅器40及び外部に出力される。
ような一方向の加速度を受けても、第２センサ39では、
支持点の位置と重心の位置とが同一であるので、その加
速度に起因する回転モーメント（回転角速度）は生じ
ず、基台30の回転運動に起因するコリオリ力のみが音叉
型振動子37に発生する。このコリオリ力の大きさは、第
１センサ35における基台30の回転運動に起因するコリオ
リ力の大きさに等しい。そして、このコリオリ力に応じ
た電気信号が、差動増幅器40及び外部に出力される。
【００４０】差動増幅器40では、第１センサ35からの出
力と第２センサ39からの出力との差を求め、その差を適
当な大きさに増幅して出力する。よって、差動増幅器40
からの出力は、一方向の加速度によるコリオリ力のみを
示すものとなり、この出力を検知することにより、加速
度を検出する。この結果、差動増幅器40の出力により直
線運動の状態を把握でき、第２センサ39からの出力によ
り回転運動の状態を把握できる。
力と第２センサ39からの出力との差を求め、その差を適
当な大きさに増幅して出力する。よって、差動増幅器40
からの出力は、一方向の加速度によるコリオリ力のみを
示すものとなり、この出力を検知することにより、加速
度を検出する。この結果、差動増幅器40の出力により直
線運動の状態を把握でき、第２センサ39からの出力によ
り回転運動の状態を把握できる。
【００４１】以上のように、第３実施の形態では、全体
に回転運動が生じていても、一方向の加速度を正確に検
出することができる。また、動きの種類を直線運動と回
転運動とに分離することも可能となる。
に回転運動が生じていても、一方向の加速度を正確に検
出することができる。また、動きの種類を直線運動と回
転運動とに分離することも可能となる。
【００４２】（第４実施の形態）図８は、本発明の第４
実施の形態による加速度センサの構成を示す模式図であ
る。第４実施の形態では、３次元の各方向（Ｘ方向，Ｙ
方向，Ｚ方向）における加速度を同時に検出する例であ
る。
実施の形態による加速度センサの構成を示す模式図であ
る。第４実施の形態では、３次元の各方向（Ｘ方向，Ｙ
方向，Ｚ方向）における加速度を同時に検出する例であ
る。
【００４３】この加速度センサは、第３実施の形態で説
明した第１センサ35，第２センサ39及び差動増幅器40を
有する３組の加速度センサを、互いの加速度検出方向を
直交させて備えている。１組の加速度センサは、加速度
の検出方向をＸ方向に合わせて第１センサ35及び第２セ
ンサ39を設けており、他の１組の加速度センサは、加速
度の検出方向をＹ方向に合わせて第１センサ35及び第２
センサ39を設けており、更に他の１組の加速度センサ
は、加速度の検出方向をＺ方向に合わせて第１センサ35
及び第２センサ39を設けている。なお、各組の加速度セ
ンサの構成、動作は、第３実施の形態での加速度センサ
と同じである。但し、図８では差動増幅器の図示を省略
している。
明した第１センサ35，第２センサ39及び差動増幅器40を
有する３組の加速度センサを、互いの加速度検出方向を
直交させて備えている。１組の加速度センサは、加速度
の検出方向をＸ方向に合わせて第１センサ35及び第２セ
ンサ39を設けており、他の１組の加速度センサは、加速
度の検出方向をＹ方向に合わせて第１センサ35及び第２
センサ39を設けており、更に他の１組の加速度センサ
は、加速度の検出方向をＺ方向に合わせて第１センサ35
及び第２センサ39を設けている。なお、各組の加速度セ
ンサの構成、動作は、第３実施の形態での加速度センサ
と同じである。但し、図８では差動増幅器の図示を省略
している。
【００４４】このような構成にすることにより、Ｘ方向
の直線加速度，Ｙ方向の直線加速度及びＺ方向の直線加
速度を同時に検出できる。また、直線運動と回転運動と
を立体的に捉えることができる。
の直線加速度，Ｙ方向の直線加速度及びＺ方向の直線加
速度を同時に検出できる。また、直線運動と回転運動と
を立体的に捉えることができる。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、本発明では、一方向の加
速度が加えられた際に振動子に発生する回転モーメント
の特徴量を検知して、その加速度を検出するようにした
ので、小型の構成にて精度良く一方向の加速度を検出す
ることが可能である。
速度が加えられた際に振動子に発生する回転モーメント
の特徴量を検知して、その加速度を検出するようにした
ので、小型の構成にて精度良く一方向の加速度を検出す
ることが可能である。
【００４６】また、一方向の加速度が加えられた際に、
振動させている振動子に発生する回転モーメントによる
コリオリ力を検知して、その加速度を検出するようにし
たので、系全体が回転していても、正確に一方向の加速
度を検出できる。
振動させている振動子に発生する回転モーメントによる
コリオリ力を検知して、その加速度を検出するようにし
たので、系全体が回転していても、正確に一方向の加速
度を検出できる。
【００４７】更に、３組の加速度センサを、その検出方
向を互いに直交させて配置するようにしたので、３次元
それぞれの方向の加速度を同時に検出できる。
向を互いに直交させて配置するようにしたので、３次元
それぞれの方向の加速度を同時に検出できる。
【００４８】このように、本発明の加速度センサは、応
力歪みを利用することなく、直線方向の加速度を検出で
き、加速度センサの新規応用分野への適用を期待でき
る。
力歪みを利用することなく、直線方向の加速度を検出で
き、加速度センサの新規応用分野への適用を期待でき
る。
【図１】本発明の加速度センサの検出原理を示す説明図
である。
である。
【図２】第１実施の形態による加速度センサの構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図３】第１実施の形態における振動子（ねじり振動
子）の構成図である。
子）の構成図である。
【図４】第２実施の形態による加速度センサの構成を示
す正面図である。
す正面図である。
【図５】第２実施の形態による加速度センサの構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図６】加速度検出時の音叉型振動子の状態を示す図で
ある。
ある。
【図７】第３実施の形態による加速度センサの構成を示
す模式図である。
す模式図である。
【図８】第４実施の形態による加速度センサの構成を示
す模式図である。
す模式図である。
１ 振動子 ２ 重り部 ３ 検知部 11 振動子（ねじり振動子） 12 重り部 23，33，37 音叉型振動子 24，34，38 ジャイロ素子 35 第１センサ 39 第２センサ 40 差動増幅器
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 良夫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 BB02 BB13 BB17 BB20 CC01 CC04 CC11 CD02 CD06 CD13
Claims (10)
- 【請求項１】 加速度を検出する加速度センサにおい
て、振動子と、該振動子に連なっており、前記振動子に
自身を加えたものの重心位置と異なる位置で支持されて
いる重り部と、前記振動子及び重り部に一方向の加速度
が加わった場合に前記振動子に発生する回転モーメント
に応じた特徴量を検知する検知部とを備えることを特徴
とする加速度センサ。 - 【請求項２】 前記振動子は圧電体からなるねじり振動
子であり、前記特徴量は回転モーメントに応じた前記ね
じり振動子の電圧である請求項１記載の加速度センサ。 - 【請求項３】 加速度を検出する加速度センサにおい
て、振動子と、該振動子に連なっており、前記振動子に
自身を加えたものの重心位置と異なる位置で支持されて
いる重り部と、前記振動子が一定方向に振動している状
態で、前記振動子及び重り部に一方向の加速度が加わっ
た場合に前記振動子に発生する回転角速度によって生じ
るコリオリ力を検知する検知部とを備えることを特徴と
する加速度センサ。 - 【請求項４】 前記回転角速度の回転軸と前記コリオリ
力の検知軸とが同一の方向である請求項３記載の加速度
センサ。 - 【請求項５】 前記重り部の少なくとも一部が弾性体で
ある請求項３記載の加速度センサ。 - 【請求項６】 加速度を検出する加速度センサにおい
て、ある点で支持された第１振動子を有し、該第１振動
子が支持されている位置とそれ自身の重心位置とが異な
っており、一方向の加速度が加わった場合に前記第１振
動子に回転角速度が発生する第１センサと、ある点で支
持された第２振動子を有し、該第２振動子が支持されて
いる位置とそれ自身の重心位置とが同一であり、一方向
の加速度が加わった場合に前記第２振動子に回転角速度
が発生しない第２センサと、前記第１センサの出力と前
記第２センサの出力との差を求める差分検出器とを備え
ることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項７】 前記第１センサの回転角速度の回転軸と
前記第２センサの回転角速度の回転軸とが同一方向であ
る請求項６記載の加速度センサ。 - 【請求項８】 前記第１振動子の特性と前記第２振動子
の特性とが同一である請求項６または７記載の加速度セ
ンサ。 - 【請求項９】 請求項６，７及び８の何れかに記載の前
記第１センサ，第２センサ及び差分検出器からなる組を
複数組備えることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項１０】 前記第１センサ，第２センサ及び差分
検出器からなる組が３組であり、各組における加速度の
検出方向が互いに直交するようにその３組を配置してあ
る請求項９記載の加速度センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10265055A JP2000097707A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 加速度センサ |
| DE19942573A DE19942573B4 (de) | 1998-09-18 | 1999-09-07 | Beschleunigungssensor |
| US09/397,675 US6895819B1 (en) | 1998-09-18 | 1999-09-16 | Acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10265055A JP2000097707A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097707A true JP2000097707A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17411963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10265055A Pending JP2000097707A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 加速度センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6895819B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000097707A (ja) |
| DE (1) | DE19942573B4 (ja) |
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| US6823735B2 (en) | 2001-01-24 | 2004-11-30 | Fujitsu Limited | Acceleration sensor |
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| Publication number | Publication date |
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| US6895819B1 (en) | 2005-05-24 |
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