JP2004205284A

JP2004205284A - Servo type accelerometer

Info

Publication number: JP2004205284A
Application number: JP2002372707A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kaguma; 英昭鹿熊; Yoshihiko Takagi; 義彦高木; Koji Nomura; 幸司野村; Takashi Kasahara; 敬司笠原
Original assignee: Akashi Corp; National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED)
Current assignee: Akashi Corp; National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED)
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP4128864B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a servo type accelerometer capable of accurately measuring acceleration in the vertical direction independently of set-up attitude. <P>SOLUTION: This servo type accelerometer 10 is provided with a displacement detecting unit 4 for detecting displacement of a pendulum 3, which is supported by a support spring 3a freely to move in the vertical direction in a main body case 1, from the neutral position on the basis of a change quantity of electrostatic capacity, and a drive control unit (for example, a driving unit 2 and a servo amplifier 5) for resetting the pendulum to the neutral position by making the current flow to a driving coil 2b for moving the pendulum on the basis of the change quantity of electrostatic capacity to measure acceleration applied to the pendulum on the basis of a current value flowing in the driving coil. This servo type accelerometer 10 is also provided with an inclination measuring unit 6 provided in the main body case to measure an angle of inclination of the main body case, and an acceleration correcting unit 7 for correcting acceleration of the pendulum on the basis of the angle of inclination measured by the inclination measuring unit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ型加速度計に関し、特に、上下方向の加速度をより高精度に測定するサーボ型加速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、図３に示すように、サーボ型加速度計１００は、本体ケース１０１内に設けられた駆動部１０２と、振子１０３と、変位検出部１０４及びサーボアンプ１０５などにより構成されている。
【０００３】
駆動部１０２は、本体ケース１０１に固着された永久磁石１０２ａと、振子１０３に巻回されて、永久磁石１０２ａに対向して配置された駆動コイル１０２ｂと、からなり、駆動コイル１０２ｂに電流を流すことにより駆動コイル１０２ｂに電磁気力を発生させ、これによりこの駆動コイル１０２ｂに取り付けられた振子１０３が移動するようになっている。
【０００４】
また、振子１０３と永久磁石１０２ａの間に、支持ばね１０６とダンパー１０７とが並列に設けられている。
変位検出部１０４は、振子１０３に取り付けられた可動極板１０４ａと本体ケース１０１側の固定極板１０４ａとの間で形成されたコンデンサＣの静電容量の変化を測定することにより、振子１０３の変位を検出し、サーボアンプ１０５に出力する構成となっている。
サーボアンプ１０５は、変位検出部１０４の出力を入力して、振子１０３を中立位置に復帰させるための電磁気力を付与するため、駆動部１０２の駆動コイル１０２ｂの電流量制御を行う。
【０００５】
上記のように構成されたサーボ型加速度計１００では、振子１０３に加速度が加わって中立位置からずれると、変位検出部１０４はこのずれ量を静電容量変化量により検出し、この静電容量変化量に基づいてサーボアンプ１０５が駆動部１０２の駆動コイル１０２ｂに電流を流して、振子１０３を中立位置に戻す制御を行う。
そして、駆動コイル１０２ｂに流れた電流を測定することで、振子１０３に加えられた加速度を検出することが出来る（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５３４７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記サーボ型加速度計は、例えば、地震計として地中に埋設されて用いられることがある。地中では、地殻変動によりサーボ型加速度計の姿勢が変わってしまうことがある。サーボ型加速度計の姿勢が変わると固有振動数が高くなり、計測される加速度の精度に影響を与えてしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明の課題は、設置姿勢に影響されず、より精度よく上下方向の加速度を測定可能なサーボ型加速度計を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、例えば、図１に示すように、本体ケース１内に支持バネ３ａにより上下動可能に支持された振子３と、前記振子の中立位置からの変位を、前記本体ケースに設けられた固定電極４ｂと前記振子に設けられた可動電極４ａとの間の静電容量変化量により検出する変位検出部４と、前記変位検出部により検出された静電容量変化量に基づいて、前記振子を移動させる駆動コイル２ｂに電流を流して前記振子を前記中立位置に復帰させる駆動制御部（例えば、駆動部２、サーボアンプ５）と、を備え、前記駆動コイルに流した電流値により前記振子に加えられた加速度を計測するサーボ型加速度計１０において、
前記本体ケースに設けられ、前記本体ケースの傾斜角度を計測する傾斜計測部６と、
前記傾斜計測部により計測された傾斜角度に基づいて、前記振子の加速度を補正する加速度補正部７と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、傾斜計測部により、本体ケースの傾斜角度が計測され、この計測された傾斜角度に基づいて振子に加わる加速度が補正されるので、駆動コイルに流れた電流から、傾斜成分の影響を排除することができることとなって、より精度良く加速度を測定することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のサーボ型加速度計において、
前記支持バネを非線形バネとしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、非線形バネを用いることで、低バネ定数としても静たわみ量を少なくすることができることとなって、高感度且つ小型のサーボ型加速度計を提供することができる。
即ち、振子を支持する支持バネを非線形バネとしたことにより、サーボ型加速度計の加速度データにおける傾斜成分の影響が線形バネに比べて顕著になるが、傾斜成分の補正ができるため、傾斜による測定精度の低下を防止することができるので、高感度且つ小型の加速度計を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して、本発明を適用したサーボ型加速度計の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１はサーボ型加速度計の要部構成を模式的に示した図である。
図１に示すサーボ型加速度計１０は、本体ケース１の内部に、駆動部２と、振子３と、変位検出部４と、サーボアンプ５と、傾斜計測部６と、加速度補正部７、移動機構部８と、移動制御部９と、信号出力部１１などを備えて構成されている。
【００１５】
駆動部２は、本体ケース１に固着されたマグネット（永久磁石）２ａと、マグネット２ａの凹部に挿入される振子３の足部３１に巻回された駆動コイル２ｂとから構成されており、駆動コイル２ｂに電流を流すことにより、振子３を移動させる電磁気力を発生する。
【００１６】
振子３は、一端が本体ケース１或いは壁部１ａに固定された支持バネ３ａにより上下動可能に支持されている。
支持バネ３ａは、例えば、非線形のダイヤフラムバネにより構成されている。ここで、例えば、図２に示すように、非線形のダイヤフラムバネ▲１▼は、振子３の荷重（Ｗ）による静たわみ領域において同等のばね定数をもつ線形バネ▲２▼のものに比べて、振子３の荷重（Ｗ）による静たわみ量（ｘ１）を小さくすることができる。
【００１７】
変位検出部４は、コンデンサとして機能する振子３の上端に取り付けられた可動極板４ａとケース本体１側に設けられた固定極板４ｂとを有し、この両極板４ａ、４ｂ間の電気容量の変化量を測定することによって、振子３の変位を検出し、検出した変位をサーボアンプ５に出力する。
【００１８】
サーボアンプ５は、変位検出部４からの出力を入力して、駆動部２と変位検出部４とを整合すべく駆動コイル２ｂに出力する電流量の制御を行う。
上述の構成において、振子３に加速度が加わって、振子３が計測点の零位置である中立位置からずれると、変位検出部４がこのずれ量を検出し、その信号を受けてサーボアンプ５は駆動部２の駆動コイル２ｂに電流を流すように作動する。
【００１９】
この電流は、振子３のずれと逆方向の力（電磁気力）を発生し、振子３を中立位置に戻すように作用する。この電磁気力は振子３にずれを起こした加速度とバランスしているため、この電流を測定することにより、振子３に加えられた加速度を検出することができる。
【００２０】
傾斜計測部６は、本体ケース１の内部に取り付けられた本体６１と、この本体６１の内部上端に、互いに直交する方向（例えば、南北方向と東西方向）に水平振子６２を回動させる振子回動部６３を備えている。
振子回動部６３は、本体６１の内側に固定された第１の軸６３ａと、この第１の軸６３ａに、上部が第１の軸６３ａの軸芯を支点として回動自在に支持された回動部材６４と、回動部材６４の下部に、第１の軸６３ａから離間して設けられ、第１の軸６３ａに対して、平面視で直交する第２の軸（図示省略）と、を備え、回動部材６４は、第１の軸６３ａに十字ばね（図示省略）によって支持されている。
【００２１】
第２の軸（図示省略）には、水平振子６２の上端が、第２の軸（図示省略）の軸芯を支点として支持され、十字ばね６５によって支持されている。
そして、この振子回動部６３によって、本体６１が第１の軸６３ａを中心とした方向に傾斜した場合に、水平振子６２が第１の軸６３ａを中心として傾斜し、また、本体６１が第２の軸（図示省略）を中心とした方向に傾斜した場合には、回動部材６４が傾斜することにより水平振子６２が第２の軸（図示省略）を中心として傾斜する。
【００２２】
また、水平振子６２の両側部には、それぞれポールピース６６ａを含む対向磁極６６、６６が装着され、同対向磁極６６、６６のポールピース６６ａ、６６ａを取り囲んで磁極間の磁束を横切るように、本体６１の内側壁から突出する電磁コイル６７、６７が設けられている。
この電磁コイル６７、６７と対向磁極６６、６６とにより、水平振子６２の第１の軸６３ａ方向の揺動に対応するフォースモータ（図示省略）が構成され、同様に水平振子６２の第２の軸６３ｂ方向の揺動に対応するフォースモータ（図示省略）も設けられている。
【００２３】
更に、水平振子６２の突起部６２ａと、この突起部６２ａを挟むように対向配置された東西一対の電極６８、６８、南北一対の電極（図示省略）とにより変位検出用コンデンサＣが構成されており、同コンデンサＣの電気容量の変化に応じ、水平振子６２の左右及び前後の揺動による突起部６２ａの変位が検出されるようになっている。
そして、水平振子６２に傾斜が生じた際に、コンデンサＣで検出された水平振子６２の変位を打ち消すようにフォースモータの電磁コイル６７、６７に電流を流す制御部６９と、この制御部６９により電磁コイル６７、６７に流された電流の強さに基づき傾斜角度を求める傾斜算出部７０とが設けられている。
【００２４】
傾斜算出部７０は、電流の強さから内部に備えた電気抵抗器（図示省略）を介して求められる電圧によって傾斜角度を算出するとともに、算出した傾斜角度を加速度補正部７に出力する。
加速度補正部７は、傾斜算出部７０により算出された傾斜角度データに基づいて、駆動コイル２ｂに流れる電流値から算出した加速度の補正を行う。
【００２５】
具体的には、本体ケース１が鉛直方向から角度θ分傾斜すると、振子３の荷重Ｗ（Ｎ）は、
【数１】

になる。ここで、ｍ：振子質量（ｋｇ）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ²）、θ：傾斜角度、である。
また、支持バネ３ａと振子質量ｍで決まる振子系の固有振動数ｆn（Ｈｚ）は、
【数２】

になる。ここで、ｋ：バネ定数（Ｎ／ｍ）、である。
【００２６】
従って、この振子系の固有振動数ｆnは、振子の傾斜により変わるので、計測される加速度の値も変化するが、傾斜算出部７０で算出された傾斜角度分が補正されるので、より正確な加速度を算出することができる。
【００２７】
移動機構部８は、固定電極４ｂを上下方向に移動させるものであって、例えば、一端が固定電極４ｂの上面に軸を中心に回動自在に固定されたネジ軸８１と、本体ケース２に設けられ、このネジ軸８１と螺合するネジ穴８２と、ネジ軸８１を回転駆動させるモータ８３などにより構成されている。そして、モータ８３が駆動することによりネジ軸８１が回転して、固定電極４ｂを上下に移動させることができるようになっている。
【００２８】
移動制御部９は、振子質量が中立位置時に検出される駆動コイル２ｂに流れる電流値の入力により、この入力された電流値が所定値よりも大きくなった場合に、移動機構部８のモータ８３を駆動させて固定電極４ｂを所定量（例えば、駆動コイル２ｂからの電流値が零となる位置）だけ移動させる。
即ち、支持バネ３ａがクリープ変形すると、支持バネ３ａの静たわみ位置が下方に下がるが、サーボアンプ５と駆動部２により、支持バネ３ａを元の中立位置に戻そうとするため、電流が駆動コイル２ｂに流れる。この電流値が所定値を超えた場合に、移動制御部９は、移動機構部８のモータ８３を駆動させることにより固定電極４ｂを移動させて、中立位置を変更する。
これにより、支持バネ３ａがクリープ変形しても、それに対応して固定電極４ｂの位置を移動させることができることとなって、非線形バネを使用して、より高感度且つ小型化が可能なサーボ型加速度計１０を提供することができる。
【００２９】
信号出力部１１は、移動制御部９の制御によって固定電極４ｂが移動した際の移動開始時及び移動終了時に各々信号を、図示しない記録部へ出力させる。
記録部（図示省略）は、信号出力部１１から出力された信号を加速度データと対応付けて記憶する。
【００３０】
次に、上記構成のサーボ型加速度計１０における傾斜補正動作について説明する。
まず、傾斜計測部６は、本体に取り付けられた水平振子６２が中立位置から変位すると、中央位置に戻そうとして、フォースコイル（図示省略）に電流を流す。このフォースコイル（図示省略）に流れた電流値から傾斜算出部７０により傾斜角度が算出され、算出された傾斜角度が加速度補正部７に出力される。加速度補正部７では、入力された傾斜角度分を補正して加速度を算出する。
【００３１】
次に、上記構成のサーボ型加速度計１０における可動極板４ａの中立位置補正動作について説明する。
まず、移動制御部７は、振子３が静たわみ位置に位置する時に駆動コイル２ｂに流れる電流値が所定値を超えたか否か判断し、超えたと判断した場合には、移動機構部６のモータ６３に駆動信号を出力すると同時に、信号出力部１１に移動開始信号を出力させる。すると、モータ６３は、回転駆動してネジ軸６１が回転し、固定電極４ｂが下方に移動する。そして、固定電極４ｂの移動に伴い可動極板４ａの中立位置も下方に移動し、駆動コイル２ｂに流れる電流値が減少する。そして、電流値が所定値となった場合には、移動制御部７は、移動機構部６のモータ６３に駆動停止信号を出力すると同時に、信号出力部１１に移動終了信号を出力させる。
【００３２】
以上説明した本発明に係るサーボ型加速度計１０によれば、傾斜計測部６により、本体ケース１の傾斜角度が計測され、この計測された傾斜角度に基づいて振子３に加わる加速度が補正されるので、駆動コイル２ｂに流れた電流から、傾斜成分の影響を排除することができることとなって、より精度の高い加速度を測定することができる。
【００３３】
また、支持バネ３ａとして非線形バネを用いることで、低バネ定数としても静たわみ量を少なくすることができることとなって、高感度且つ小型のサーボ型加速度計を提供することができる。
ここで、振子３を支持する支持バネ３ａを非線形バネとしたことにより、サーボ型加速度計１０の加速度データにおける傾斜成分の影響が線形バネに比べて顕著になるが、傾斜成分の補正ができるため、傾斜による測定精度の低下を防止することができるので、高感度且つ小型の加速度計を提供することができる。
【００３４】
なお、上記説明したサーボ型加速度計１０は、上記構成のものに限るものではなく、同様の作用効果を奏する範囲内で適宜変更してよい。
支持バネ３ａは、非線形バネでなく、線形バネを用いても良い。
移動機構部８は、ネジ軸８１を駆動して固定極板４ｂを移動するものに限らず、例えば、リフト機構により移動させてもよく、固定極板４ｂを精度良く移動できる機構であればどのようなものであってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、傾斜計測部により、本体ケースの傾斜角度が計測され、この計測された傾斜角度に基づいて振子に加わる加速度が補正されるので、駆動コイルに流れた電流から、傾斜成分の影響を排除することができることとなって、より精度の高い加速度を測定することができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、非線形バネを用いることで、低バネ定数としても静たわみ量を少なくすることができることとなって、高感度且つ小型のサーボ型加速度計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーボ型加速度計の断面図及び主要構成のブロック図を模式的に示した図である。
【図２】線形バネと非線形バネのバネ特性を説明するための図である。
【図３】従来のサーボ型加速度計の断面図及び配線図を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１本体ケース
２駆動部（駆動制御部）
２ｂ駆動コイル
３振子
３ａ支持バネ
４変位検出部
４ａ可動極板
４ｂ固定極板
５サーボアンプ（駆動制御部）
６傾斜計測部
７加速度補正部
１０サーボ型加速度計
６１ネジ軸
６２ネジ穴
６３モータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo-type accelerometer, and more particularly, to a servo-type accelerometer that measures vertical acceleration with higher accuracy.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, as shown in FIG. 3, the servo-type accelerometer 100 is configured by a drive unit 102 provided in a main body case 101, a pendulum 103, a displacement detection unit 104, a servo amplifier 105, and the like.
[0003]
The drive unit 102 includes a permanent magnet 102a fixed to the main body case 101, and a drive coil 102b wound around the pendulum 103 and arranged to face the permanent magnet 102a, and allows a current to flow through the drive coil 102b. As a result, an electromagnetic force is generated in the drive coil 102b, whereby the pendulum 103 attached to the drive coil 102b moves.
[0004]
A support spring 106 and a damper 107 are provided in parallel between the pendulum 103 and the permanent magnet 102a.
The displacement detection unit 104 measures the change in the capacitance of the capacitor C formed between the movable electrode plate 104a attached to the pendulum 103 and the fixed electrode plate 104a on the main body case 101 side, and thereby detects the change in the capacitance of the pendulum 103. The displacement is detected and output to the servo amplifier 105.
The servo amplifier 105 controls the amount of current of the drive coil 102b of the drive unit 102 in order to input the output of the displacement detection unit 104 and apply an electromagnetic force for returning the pendulum 103 to the neutral position.
[0005]
In the servo-type accelerometer 100 configured as described above, when acceleration is applied to the pendulum 103 and the pendulum 103 deviates from the neutral position, the displacement detection unit 104 detects the deviation amount based on the capacitance change amount, and detects the capacitance change amount. The servo amplifier 105 controls the return of the pendulum 103 to the neutral position by supplying a current to the drive coil 102b of the drive unit 102 based on the amount.
Then, by measuring the current flowing through the drive coil 102b, the acceleration applied to the pendulum 103 can be detected (see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-153479
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the servo accelerometer is sometimes buried in the ground as a seismometer, for example. In the ground, the attitude of the servo accelerometer may change due to crustal deformation. When the attitude of the servo-type accelerometer changes, the natural frequency increases, which has a problem that the accuracy of the measured acceleration is affected.
[0008]
It is an object of the present invention to provide a servo-type accelerometer that can measure the vertical acceleration more accurately without being affected by the installation posture.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems,
As shown in FIG. 1, for example, as shown in FIG. 1, the pendulum 3 supported in the main body case 1 by a support spring 3a so as to be vertically movable, and the displacement of the pendulum from a neutral position to the main body case 1 And a displacement detection unit 4 that detects a capacitance change amount between a fixed electrode 4b provided on the pendulum and a movable electrode 4a provided on the pendulum, and a capacitance change amount detected by the displacement detection unit. A drive control unit (for example, the drive unit 2 and the servo amplifier 5) that returns a current to the neutral position by passing a current through the drive coil 2b that moves the pendulum. In a servo-type accelerometer 10 that measures the acceleration applied to the pendulum according to a value,
An inclination measuring unit 6 provided in the main body case and measuring an inclination angle of the main body case;
An acceleration correction unit 7 that corrects the acceleration of the pendulum based on the inclination angle measured by the inclination measurement unit;
It is characterized by having.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, the inclination measuring unit measures the inclination angle of the main body case, and the acceleration applied to the pendulum is corrected based on the measured inclination angle. Thus, the influence of the tilt component can be eliminated, and the acceleration can be measured with higher accuracy.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the servo type accelerometer according to the first aspect,
The support spring is a non-linear spring.
[0012]
According to the second aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as that of the first aspect is obtained. In particular, the use of a non-linear spring reduces the amount of static deflection even at a low spring constant. As a result, a highly sensitive and compact servo accelerometer can be provided.
That is, by using a non-linear spring as the supporting spring for supporting the pendulum, the influence of the tilt component in the acceleration data of the servo-type accelerometer becomes more remarkable than that of the linear spring. Since a decrease in accuracy can be prevented, a highly sensitive and small accelerometer can be provided.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a servo accelerometer to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS.
[0014]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a main configuration of a servo type accelerometer.
A servo type accelerometer 10 shown in FIG. 1 includes a drive unit 2, a pendulum 3, a displacement detection unit 4, a servo amplifier 5, a tilt measurement unit 6, an acceleration correction unit 7, It is provided with a mechanism section 8, a movement control section 9, a signal output section 11, and the like.
[0015]
The drive unit 2 includes a magnet (permanent magnet) 2a fixed to the main body case 1 and a drive coil 2b wound around the foot 31 of the pendulum 3 inserted into the recess of the magnet 2a. When an electric current is applied to the coil 2b, an electromagnetic force for moving the pendulum 3 is generated.
[0016]
The pendulum 3 is vertically movably supported by a support spring 3a having one end fixed to the main body case 1 or the wall 1a.
The support spring 3a is formed of, for example, a non-linear diaphragm spring. Here, for example, as shown in FIG. 2, the non-linear diaphragm spring {circle around (1)} is different from a linear spring {circle around (2)} having the same spring constant in the static deflection region due to the load (W) of the pendulum 3. The amount of static deflection (x1) due to the load (W) of the pendulum 3 can be reduced.
[0017]
The displacement detection unit 4 has a movable electrode plate 4a attached to the upper end of the pendulum 3 functioning as a capacitor and a fixed electrode plate 4b provided on the case body 1 side, and an electric capacity between the

electrode plates

4a and 4b. The displacement of the pendulum 3 is detected by measuring the change amount of the pendulum, and the detected displacement is output to the servo amplifier 5.
[0018]
The servo amplifier 5 receives the output from the displacement detection unit 4 and controls the amount of current output to the drive coil 2b to match the drive unit 2 and the displacement detection unit 4.
In the above-described configuration, when acceleration is applied to the pendulum 3 and the pendulum 3 deviates from the neutral position, which is the zero position of the measurement point, the displacement detection unit 4 detects this deviation amount, and upon receiving the signal, the servo amplifier 5 It operates so that a current flows through the drive coil 2b of the drive unit 2.
[0019]
This current generates a force (electromagnetic force) in the direction opposite to the displacement of the pendulum 3 and acts to return the pendulum 3 to the neutral position. Since this electromagnetic force is balanced with the acceleration causing the pendulum 3 to shift, the acceleration applied to the pendulum 3 can be detected by measuring this current.
[0020]
The inclination measuring unit 6 includes a main body 61 attached to the inside of the main body case 1 and a pendulum swing for rotating a horizontal pendulum 62 in directions perpendicular to each other (for example, north-south direction and east-west direction) on the upper end inside the main body 61. The moving part 63 is provided.
The pendulum rotating portion 63 has a first shaft 63a fixed inside the main body 61 and an upper portion rotatably supported by the first shaft 63a with the axis of the first shaft 63a as a fulcrum. A rotating member 64, a second shaft (not shown) provided below the rotating member 64 and separated from the first shaft 63a and orthogonal to the first shaft 63a in a plan view; The rotating member 64 is supported by a first shaft 63a by a cross spring (not shown).
[0021]
The upper end of the horizontal pendulum 62 is supported on a second shaft (not shown) with the axis of the second shaft (not shown) as a fulcrum, and is supported by a cross spring 65.
When the main body 61 is tilted in the direction about the first axis 63a by the pendulum rotating portion 63, the horizontal pendulum 62 is tilted about the first axis 63a, and When the horizontal pendulum 62 is inclined in a direction about the second axis (not shown), the horizontal member 62 is inclined about the second axis (not shown) because the rotating member 64 is inclined.
[0022]
On both sides of the horizontal pendulum 62, opposed

magnetic poles

66, 66 each including a pole piece 66a are mounted, and surround the

pole pieces

66a, 66a of the opposed

magnetic poles

66, 66 so as to cross the magnetic flux between the magnetic poles.

Electromagnetic coils

67, 67 protruding from the inner side wall of the main body 61 are provided.
The electromagnetic coils 67, 67 and the opposing

magnetic poles

66, 66 constitute a force motor (not shown) corresponding to the swing of the horizontal pendulum 62 in the direction of the first shaft 63a. A force motor (not shown) corresponding to the swing in the direction of the shaft 63b is also provided.
[0023]
Further, a displacement detecting capacitor C is constituted by a protrusion 62a of the horizontal pendulum 62, a pair of east-

west electrodes

68, 68, and a pair of north-south electrodes (not shown) arranged so as to sandwich the protrusion 62a. In addition, the displacement of the projection 62a due to the swing of the horizontal pendulum 62 left and right and back and forth is detected in accordance with the change in the capacitance of the capacitor C.
Then, when the horizontal pendulum 62 is inclined, a control unit 69 that supplies current to the

electromagnetic coils

67, 67 of the force motor so as to cancel the displacement of the horizontal pendulum 62 detected by the capacitor C, and the control unit 69 An inclination calculating unit 70 for obtaining an inclination angle based on the strength of the current flowing through the

electromagnetic coils

67, 67 is provided.
[0024]
The inclination calculating unit 70 calculates an inclination angle based on a voltage obtained from an electric current (not shown) provided therein from the intensity of the current, and outputs the calculated inclination angle to the acceleration correction unit 7.
The acceleration correction unit 7 corrects the acceleration calculated from the value of the current flowing through the drive coil 2b based on the tilt angle data calculated by the tilt calculation unit 70.
[0025]
Specifically, when the main body case 1 is inclined from the vertical direction by an angle θ, the load W (N) of the pendulum 3 becomes
(Equation 1)

become. Here, m: pendulum mass (kg), g: gravitational acceleration (m / s ² ), and θ: inclination angle.
The natural frequency fn (Hz) of the pendulum system determined by the support spring 3a and the pendulum mass m is:
(Equation 2)

become. Here, k is a spring constant (N / m).
[0026]
Accordingly, the natural frequency fn of the pendulum system changes depending on the inclination of the pendulum, and the value of the measured acceleration also changes. However, since the inclination angle calculated by the inclination calculation unit 70 is corrected, more accurate accuracy is obtained. The acceleration can be calculated.
[0027]
The moving mechanism unit 8 moves the fixed electrode 4b in the vertical direction. For example, the moving mechanism unit 8 includes a screw shaft 81 having one end fixed to the upper surface of the fixed electrode 4b so as to be rotatable about an axis, and the main body case 2. The screw shaft 81 is provided with a screw hole 82 screwed with the screw shaft 81, and a motor 83 for driving the screw shaft 81 to rotate. When the motor 83 is driven, the screw shaft 81 is rotated, and the fixed electrode 4b can be moved up and down.
[0028]
The movement control unit 9 controls the motor 83 of the movement mechanism unit 8 when the input current value becomes larger than a predetermined value due to the input of the current value flowing through the drive coil 2b detected when the pendulum mass is in the neutral position. To move the fixed electrode 4b by a predetermined amount (for example, a position where the current value from the drive coil 2b becomes zero).
That is, when the support spring 3a undergoes creep deformation, the static deflection position of the support spring 3a is lowered, but the servo amplifier 5 and the drive unit 2 attempt to return the support spring 3a to the original neutral position. It flows to the coil 2b. When the current value exceeds a predetermined value, the movement control unit 9 drives the motor 83 of the movement mechanism unit 8 to move the fixed electrode 4b to change the neutral position.
As a result, even if the support spring 3a is creep-deformed, the position of the fixed electrode 4b can be moved correspondingly, and the servo type that can achieve higher sensitivity and smaller size by using a non-linear spring. An accelerometer 10 can be provided.
[0029]
The signal output unit 11 outputs a signal to a recording unit (not shown) at the start and end of the movement when the fixed electrode 4b moves under the control of the movement control unit 9.
The recording unit (not shown) stores the signal output from the signal output unit 11 in association with the acceleration data.
[0030]
Next, a tilt correction operation in the servo type accelerometer 10 having the above configuration will be described.
First, when the horizontal pendulum 62 attached to the main body is displaced from the neutral position, the inclination measuring unit 6 applies a current to a force coil (not shown) to return to the center position. An inclination angle is calculated by the inclination calculation unit 70 from a current value flowing through the force coil (not shown), and the calculated inclination angle is output to the acceleration correction unit 7. The acceleration correction unit 7 calculates the acceleration by correcting the input inclination angle.
[0031]
Next, the neutral position correcting operation of the movable electrode plate 4a in the servo type accelerometer 10 having the above configuration will be described.
First, the movement control unit 7 determines whether or not the value of the current flowing through the drive coil 2b when the pendulum 3 is located at the static deflection position exceeds a predetermined value. At the same time as outputting the drive signal to 63, the signal output section 11 outputs a movement start signal. Then, the motor 63 is driven to rotate, the screw shaft 61 rotates, and the fixed electrode 4b moves downward. Then, with the movement of the fixed electrode 4b, the neutral position of the movable electrode plate 4a also moves downward, and the value of the current flowing through the drive coil 2b decreases. When the current value reaches a predetermined value, the movement control unit 7 outputs a drive stop signal to the motor 63 of the movement mechanism unit 6 and simultaneously causes the signal output unit 11 to output a movement end signal.
[0032]
According to the servo type accelerometer 10 according to the present invention described above, the inclination measuring unit 6 measures the inclination angle of the main body case 1 and corrects the acceleration applied to the pendulum 3 based on the measured inclination angle. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the tilt component from the current flowing through the drive coil 2b, and it is possible to measure the acceleration with higher accuracy.
[0033]
In addition, by using a non-linear spring as the support spring 3a, the amount of static deflection can be reduced even with a low spring constant, and a highly sensitive and small servo-type accelerometer can be provided.
Here, when the support spring 3a for supporting the pendulum 3 is a non-linear spring, the influence of the tilt component in the acceleration data of the servo-type accelerometer 10 becomes more remarkable than that of the linear spring, but the tilt component can be corrected. In addition, since a decrease in measurement accuracy due to the inclination can be prevented, a highly sensitive and small accelerometer can be provided.
[0034]
The above-described servo-type accelerometer 10 is not limited to the above-described configuration, and may be appropriately changed within a range in which the same operation and effect can be obtained.
The support spring 3a may be a linear spring instead of a non-linear spring.
The moving mechanism unit 8 is not limited to the one that drives the screw shaft 81 to move the fixed electrode plate 4b. For example, the moving mechanism unit 8 may be moved by a lift mechanism. It may be something like this.
[0035]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the inclination measuring unit measures the inclination angle of the main body case, and the acceleration applied to the pendulum is corrected based on the measured inclination angle. In addition, the influence of the tilt component can be eliminated, so that a more accurate acceleration can be measured.
[0036]
According to the second aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as that of the first aspect is obtained. In particular, the use of a non-linear spring reduces the amount of static deflection even at a low spring constant. As a result, a highly sensitive and compact servo accelerometer can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional view and a block diagram of a main configuration of a servo-type accelerometer according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining spring characteristics of a linear spring and a non-linear spring.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional view and a wiring diagram of a conventional servo-type accelerometer.
[Explanation of symbols]
1 body case 2 drive unit (drive control unit)
2b Drive coil 3 Pendulum 3a Support spring 4 Displacement detector 4a Movable electrode plate 4b Fixed electrode plate 5 Servo amplifier (drive controller)
6 Tilt measuring unit 7 Acceleration correcting unit 10 Servo accelerometer 61 Screw shaft 62 Screw hole 63 Motor

Claims

A pendulum supported in a main body case by a support spring so as to be vertically movable, and a displacement from a neutral position of the pendulum is applied between a fixed electrode provided in the main body case and a movable electrode provided in the pendulum. Based on a displacement detection unit that detects the capacitance change amount, and based on the capacitance change amount that is detected by the displacement detection unit, a current flows through a drive coil that moves the pendulum to return the pendulum to the neutral position. A servo control unit, comprising: a drive control unit, which measures an acceleration applied to the pendulum by a current value passed through the drive coil,
An inclination measuring unit that is provided in the main body case and measures an inclination angle of the main body case,
Based on the inclination angle measured by the inclination measurement unit, an acceleration correction unit that corrects the acceleration of the pendulum,
A servo-type accelerometer comprising:

The servo-type accelerometer according to claim 1,
A servo-type accelerometer, wherein the support spring is a non-linear spring.