JP2662564B2 - 加速度検出装置 - Google Patents

加速度検出装置

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JP2662564B2 JP63074157A JP7415788A JP2662564B2 JP 2662564 B2 JP2662564 B2 JP 2662564B2 JP 63074157 A JP63074157 A JP 63074157A JP 7415788 A JP7415788 A JP 7415788A JP 2662564 B2 JP2662564 B2 JP 2662564B2
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • G01P2015/0822Measuring 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は加速度検出装置に関する。
(従来の技術) 自動車や航空機、船舶あるいはロボット等において、
姿勢や運動を制御する場合に加速度検出装置が用いられ
る。この装置は、外力によるおもりの変位から外力の加
速度を検出するものであり、この意味では、重力加速度
によるおもりの変位を検出する傾き検出装置もその一種
である。
この種の加速度検出装置の1つに、特開昭59−111065
号公報に開示されたものがある。この装置は、平面内で
移動自在の3角柱のおもりと、該平面においておもりの
断面となる3角形の、隣り合う2辺に対向して配設され
た2つの受信素子、および、該2辺に挟まれる角に対向
して配設された1つの送信素子よりなる。これにおいて
は、各受信素子の受信ありなしおよび送信から各受信素
子の受信までの時間(以下受信時間)によりおもりの変
位、すなわち外力の加速度を検出している。
また、特開昭57−125355号公報には、V字形の片持ビ
ームと基板上に配置し、静電容量より加速度を検出する
加速度検出装置が開示されている。これにおいては、片
持ビームの各辺と基板との間の静電容量が同方向に変化
するとき、その静電容量から基板に垂直な方向の加速度
を検出し、片持ビームの各辺と基板との間の静電容量が
逆方向に変化するとき、その静電容量から基板に平行な
方向の加速度を検出しており、3つの片持ビームを基板
内にII字形に直交配置して直交3方向の加速度を検出し
ている。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、前者の加速度検出装置においては、おもり
の変位により挟角が送信素子から外れると一方の受信素
子のみの受信となるが、その状態で、等しい受信時間を
得るおもりの位置は、送信素子と受信している受信素子
を焦点とする楕円上に無限に存在している。つまり、任
意方向の加速度を正しく独立に検出することができな
い。
また、後者の加速度検出装置においては、カンチレバ
ーを用いているので、基板に平行で片持ビームの延びる
方向に外力が加えられると、カンチレバーが伸縮して各
辺と基板との間の静電容量が同方向に変化し、実際には
加えられていない基板に垂直な方向の加速度を検出する
可能性がある。
本発明は、簡単な構成により、検出方向の加速度のみ
を独立に検出可能な加速度検出装置を提供することを目
的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明においては、 両端が固定支持された平板状の弾性板;該弾性板の実
質的な中央に固着され、該弾性板から垂直に延びる錘
体;弾性板の該錘体と垂直な面内に配設された歪検出手
段;および、該歪検出手段が検出した歪から錘体に加え
られた外力を検出する応力検出手段;を備える構成とす
る。
(作用) ここで、第2a図,第2b図および第2c図を参照された
い。これらの図面は、両端が固定支持された平板状の弾
性板1の中央部に、おもり5を備えるアーム4を垂直に
固着した構成で、弾性板1の長さ方向(以下X方向とい
う)の加速度、弾性板1の幅さ方向(以下Y方向とい
う)の加速度、および、弾性板1と垂直方向(以下Z方
向という)の加速度、が加えられたとき弾性板1に生じ
る歪を示す。これらの図面において、外向の矢印は引張
応力を、内向の矢印は圧縮応力を示している。
第2a図によれば、X方向の加速度の印加により、梁1
の一端には引張応力が生じ、徐々に小さくなって圧縮応
力に転じ、アーム取付部を境界として引張応力に転じ、
徐々に小さくなって再び圧縮応力に転じ他端に至ってい
ることがわかる。これを梁1のX方向の分布としてグラ
フに表わしたものが、第3図Aのグラフである。
第2b図によれば、Y方向の加速度の印加により、梁1
の端部とアーム取付部との間にねじれが生じ、それらは
該端部とアーム取付部とでなる矩形の各対角線方向に圧
縮応力と引張応力として作用していることがわかる。こ
れを梁1のX方向の分布としてグラフに表わしたもの
が、第3図Bのグラフであり、アーム取付部を境界とし
て圧縮応力と引張応力とが逆転している。
第2c図によれば、Z方向の加速度の印加により、梁1
の一端には引張応力が生じ、徐々に小さくなって圧縮応
力に転じ、アーム取付部を境界として再びその圧縮応力
が徐々に小さくなって引張応力に転じて他端に至ってい
ることがわかる。これを梁1のX方向の分布としてグラ
フに表わしたものが、第3図Cのグラフである。
以上より、X方向の加速度を検出するのであれば、ア
ーム取付部を境界として対称な位置で歪を検出すれば良
いことがわかるが、この場合は、Y方向の加速度の影響
を強く受ける。さらに、点での検出が不可能であること
からZ方向の加速度の影響も受ける。そこで、第4a図に
示すように、アーム取付部に対称な矩形の各頂点に相当
する、a,b,c,dの位置で歪を検出すれば、YおよびZ方
向の加速度の印加時にはaとbの歪みおよびcとdの歪
みがそれぞれ等しくなるので、aとdの歪差と、bとc
の歪差との差分より、X方向の加速度(による歪)のみ
を検出することができる。
また、Y方向の加速度を検出するのであれば、梁1の
延びる方向に平行な辺を有する矩形、例えば、アーム取
付部と梁1の一端部とでなる矩形の各対角線方向に沿っ
た位置で歪を検出すれば良いことがわかるが、この場合
にも、点での検出が不可能であることからXおよびZ方
向の加速度の影響を受ける。そこで、第4b図に示すよう
に、梁1の延びる方向に平行な辺を有し、アーム取付部
に対称な2つの合同な矩形の各対角線方向に沿った位置
e,f,g,hで歪を検出すれば、XおよびZ方向の加速度の
印加時にはeとfの歪みおよびgとhの歪みがそれぞれ
等しくなるので、eとhの歪差と、fとgの歪差との差
分より、Y方向に加速度(による歪)のみを検出するこ
とができる。
つまり、梁1上の、第4a図のa,b,c,dに相当する位置
と、第4b図のe,f,g,hに相当する位置とにおいて歪検出
を行なうことにより、X方向およびY方向の加速度がそ
れぞれ独立に検出できる。
以下、図面を参照して実施例を説明する。
(実施例) 第1a図に、一実施例の2方向加速度検出装置の断面図
を示した。
これにおいて、1は第1b図に示すように“日”字形の
梁であり、周囲は剛性の枠2に固着されている。枠2は
角柱状のケース3に固着されている。梁1の中央部に
は、アーム4が固着されており、アーム4の他端にはお
もり5が固着されている。おもり5は、ケース3内で3
方に揺動自在であるが、ケース3の内壁がストッパとな
って過度の揺動を規制している。また、ケース3はキャ
ップにより密閉され、おもり5の振動的な動きを規制す
るためのダンパオイルが充填される。
梁1の上下面には絶縁被膜が形成されており、そこに
は、第1b図に示すように、第4a図に示したアーム取付部
に対称な矩形の各頂点に相当する位置a,b,cおよびdに
対応して、歪抵抗素子Ra,Rb,RcおよびRd、ならびに、第
4b図に示したアーム取付部と梁1の各端部とでなる2つ
の矩形のそれぞれの対角線方向に沿った位置e,f,gおよ
びhに対応して、歪抵抗素子Re,Rf,RgおよびRhが装着さ
れている。ただし、歪抵抗素子ReとRhおよび、RfとRgと
は、重なりを避るために上下面に分けて装着されてい
る。
歪抵抗素子Ra,Rb,RcおよびRd、ならびに、歪抵抗素子
Re,Rf,RgおよびRhは、第1c図に示すように接続されてブ
リッジ7および8を構成する。
歪抵抗素子Ra,Rb,RcおよびRdでなるブリッジにおいて
は、YまたはZ方向に印加された加速度に対しては歪抵
抗素子RaとRb、RcRdの抵抗変化がそれぞれ等しくなるの
で平衡条件が保たれて、X方向に印加された加速度対応
の出力Xoutのみが独立に得られる。
歪抵抗素子Re,Rf,RgおよびRhでなるブリッジにおいて
は、XまたはZ方向に印加された加速度に対しては歪抵
抗素子ReとRf、RgRhの抵抗変化がそれぞれ等しくなるの
で平衡条件が保たれて、Y方向に印加された加速度対応
の出力Youtのみが独立に得られる。
なお、歪抵抗素子Re,Rf,RgおよびRhを、第5図に示す
ように配置すれば、梁1の同じ面上に装着することがで
きるので、製造工数を減少させることができる。
また、上記実施例においては、歪抵抗素子Re,Rf,Rgお
よびRhを、アーム取付部と梁1の各端部でなる2つの合
同な矩形の各対角線上に配置しているが、アーム取付部
に対して対称であり、梁1の延びる方向(両端部を結ぶ
方向)に平行な2つの合同な矩形であればこれに限る必
要はない。
〔発明の効果〕
以上説明したとおり、本発明によれば、両端が固定支
持された平板状の弾性板の中央部に、錘体を垂直に固着
しているので、弾性板上の歪を検出することにより、弾
性板の長さ方向および幅方向の加速度をそれぞれ独立に
検出することができる。
また、その構成は実施例で示したように非常にシンプ
ルになる。
さらには、錘体の長さがそれ加えられた外力を増幅す
ることになるので、その長さを長くすることによりその
質量を小さくすることができ、過負荷による破壊が防止
される。
【図面の簡単な説明】
第1a図は一実施例の2方向加速度検出装置の断面図であ
り、第1b図はその梁1の外観を示す平面図である。 第1c図は第1a図に示した梁1に生じた歪を検出する検出
回路を示すブロック図である。 第2a図、第2b図および第2c図は、各方向に印加された加
速度により梁1に生じる歪を示す斜視図であり、第3図
はその応力分布を示すグラフである。 第4a図および第4b図は歪検出を行なう部位を説明するた
めの説明図である。 第5図は歪抵抗素子の異なる配置を説明するための説明
図である。 1:梁(弾性板)、2:枠 3:ケース、2,3:(支持部材) 4:アーム、5:おもり 4,5:(錘体) 6:キャップ 7,8:ブリッジ(外力検出手段) Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg,Rh:歪抵抗素子(歪検出手段)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平板状の弾性板; 前記弾性板の実質的な両端を固定支持する支持部材; 前記弾性板の実質的な中央に固着され、該弾性板から垂
    直に延びる錘体; 前記弾性板の前記錘体と垂直な面内に配設された歪検出
    手段;および、 前記歪検出手段が検出した歪から前記錘体に加えられた
    外力を検出する外力検出手段; を備える、加速度検出装置。
  2. 【請求項2】前記歪検出手段は、前記弾性板の前記錘体
    と垂直な面内に、該弾性板の前記中央に対して対称な矩
    形の各頂点に配設され、前記応力検出手段は、互いに対
    角をなす歪検出手段が検出した歪の差から、前記錘体に
    加えられた、前記弾性板の長さ方向の外力を検出する、
    前記特許請求の範囲第(1)項記載の加速度検出装置。
  3. 【請求項3】前記歪検出手段は、前記弾性板の前記錘体
    と垂直な面内に、該弾性板の前記両端を結ぶ方向に平行
    な辺を有する2つの合同な矩形のそれぞれの対角線上に
    配設され、前記応力検出手段は、互いに交差する対角線
    上の歪検出手段が検出した歪の差から、前記錘体に加え
    られた、前記弾性板の幅方向の外力を検出する、前記特
    許請求の範囲第(1)項記載の加速度検出装置。
  4. 【請求項4】前記歪検出手段は、該弾性板の前記中央に
    対して対称な矩形の各頂点、および、該弾性板の前記両
    端を結ぶ方向に平行な辺を有する2つの合同な矩形のそ
    れぞれの対角線上に配設され、前記応力検出手段は、互
    いに組となる歪検出手段が検出した歪の差から、前記錘
    体に加えられた、前記弾性板の長さ方向および幅方向の
    外力をそれぞれ独立に検出する、前記特許請求の範囲第
    (1)項記載の加速度検出装置。
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