JP3072354B2 - 振動子型加速度計 - Google Patents
振動子型加速度計Info
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- JP3072354B2 JP3072354B2 JP3136722A JP13672291A JP3072354B2 JP 3072354 B2 JP3072354 B2 JP 3072354B2 JP 3136722 A JP3136722 A JP 3136722A JP 13672291 A JP13672291 A JP 13672291A JP 3072354 B2 JP3072354 B2 JP 3072354B2
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- Japan
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- vibrator
- support
- mass part
- frequency
- vibrators
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、質量部を支持体に片
持ち支持させ、質量部の自由端と支持体との間に質量部
の延伸方向およびその回動軸の双方に直角に振動子を取
り付け、質量部の自由端は支持体に加速度が印加される
と支持体に対して角変位し、この角変位による振動子の
固有振動周波数変化を検出することにより印加加速度を
検出する振動子型加速度計に関する。
持ち支持させ、質量部の自由端と支持体との間に質量部
の延伸方向およびその回動軸の双方に直角に振動子を取
り付け、質量部の自由端は支持体に加速度が印加される
と支持体に対して角変位し、この角変位による振動子の
固有振動周波数変化を検出することにより印加加速度を
検出する振動子型加速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】この発明の従来例を図２、３を参照して
説明する。図２Ｂは従来の加速度計を示す。支持体１１
は支持部１１ｃとその両端に設けられた脚部１１ａ、１
１ｂとを具備して全体がコ字状に形成されている。その
支持部１１ｃの中央には、その質量部１２の一端が薄肉
ヒンジ１３を介して両脚部１１ａ、１１ｂに平行になる
ように取り付け、支持されている。この例においては、
支持体脚部１１ａ、１１ｂ支持部１１ｃが存在する共面
と直角の方向に薄く広がった薄肉ヒンジ１３を介して質
量部１２をその一端により支持部１１ｃに取り付けて、
質量部１２の自由端は脚部１１ａ、１１ｂのいずれの側
にも変位することができる様に回動自在とされている。
質量部１２の自由端と脚部１１ａ，１１ｂとの間には振
動子１４、１５が取り付けられている。振動子１４、１
５は、図３Ａに示される如く、２本の平行な四角柱状振
動子１６、１７をそれらの両端において互いに連結し、
各振動子１６、１７それぞれの４つの面に、３つの電極
１８を長手方向に配列、形成したものであり、そして、
これらの電極間に交流信号を印加することにより図３Ｂ
に示される如くに振動子１６、１７をその長さ方向と直
角の方向に互いに逆位相にたわませる屈曲振動をさせる
ものであった。なお、振動子１４、１５は通常水晶振動
子である。そして、振動子１４、１５はその固有振動周
波数で励振される。
説明する。図２Ｂは従来の加速度計を示す。支持体１１
は支持部１１ｃとその両端に設けられた脚部１１ａ、１
１ｂとを具備して全体がコ字状に形成されている。その
支持部１１ｃの中央には、その質量部１２の一端が薄肉
ヒンジ１３を介して両脚部１１ａ、１１ｂに平行になる
ように取り付け、支持されている。この例においては、
支持体脚部１１ａ、１１ｂ支持部１１ｃが存在する共面
と直角の方向に薄く広がった薄肉ヒンジ１３を介して質
量部１２をその一端により支持部１１ｃに取り付けて、
質量部１２の自由端は脚部１１ａ、１１ｂのいずれの側
にも変位することができる様に回動自在とされている。
質量部１２の自由端と脚部１１ａ，１１ｂとの間には振
動子１４、１５が取り付けられている。振動子１４、１
５は、図３Ａに示される如く、２本の平行な四角柱状振
動子１６、１７をそれらの両端において互いに連結し、
各振動子１６、１７それぞれの４つの面に、３つの電極
１８を長手方向に配列、形成したものであり、そして、
これらの電極間に交流信号を印加することにより図３Ｂ
に示される如くに振動子１６、１７をその長さ方向と直
角の方向に互いに逆位相にたわませる屈曲振動をさせる
ものであった。なお、振動子１４、１５は通常水晶振動
子である。そして、振動子１４、１５はその固有振動周
波数で励振される。
【０００３】図２Ｂにおいて、支持体１１に対して矢印
１９で示される上向きに加速度が印加されると、質量部
１２は慣性により支持体１１に対して矢印１９とは反対
の方向に相対的に移動しようとし、ヒンジ１３を中心と
して角変位せしめられる。この例においては、振動子１
４は伸張応力を受け、振動子１５は圧縮応力を受けるこ
ととなる。その結果、振動子１４の固有振動周波数は高
くなり、振動子１５の固有振動周波数は低くなる。これ
らの両固有振動周波数をそれぞれ測定し、その差を検出
することにより、印加された加速度の向きと大きさを検
出することができる。振動子１４、１５は何れか一方の
みでも印加された加速度の検出をすることができるので
あるが、振動子１４、１５を２個使用することにより、
周囲温度が変化することによる加速度が印加されていな
い状態において検出される振動子の固有振動周波数の変
動に起因する悪影響を一方のみの場合と比較して低減す
ることができる。
１９で示される上向きに加速度が印加されると、質量部
１２は慣性により支持体１１に対して矢印１９とは反対
の方向に相対的に移動しようとし、ヒンジ１３を中心と
して角変位せしめられる。この例においては、振動子１
４は伸張応力を受け、振動子１５は圧縮応力を受けるこ
ととなる。その結果、振動子１４の固有振動周波数は高
くなり、振動子１５の固有振動周波数は低くなる。これ
らの両固有振動周波数をそれぞれ測定し、その差を検出
することにより、印加された加速度の向きと大きさを検
出することができる。振動子１４、１５は何れか一方の
みでも印加された加速度の検出をすることができるので
あるが、振動子１４、１５を２個使用することにより、
周囲温度が変化することによる加速度が印加されていな
い状態において検出される振動子の固有振動周波数の変
動に起因する悪影響を一方のみの場合と比較して低減す
ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述された振動子型加
速度計の従来例において使用されている振動子の固有振
動周波数は周囲の温度によって変動し、その変動の度合
は振動子を構成するために使用した水晶基板の切り出し
角度に依存する。即ち、振動子型加速度計においては、
加速度が印加されていない時の出力周波数（バイアス周
波数）が周囲の温度の変動に伴って変動するのである。
このことは、振動子型加速度計が測定している加速度は
周囲の温度の変動によって変化してしまうことを意味し
ており、使用上極めて具合が悪い。バイアス周波数のこ
の様な温度依存性を低減する方法として、一つの加速度
計の内部に発振周波数の温度係数が極めて近い１対の振
動子を組み込み、これらの発振周波数の差を検出するこ
とによりバイアス周波数の温度依存性の低減を図る方法
がある。しかし、この方法によっても、１対の振動子そ
れぞれの固有振動周波数の温度係数のずれ、或は１対の
振動子の設置されている場所の僅かな温度差により、バ
イアス周波数の温度依存性の低減の効果は充分なものと
はいえなかった。
速度計の従来例において使用されている振動子の固有振
動周波数は周囲の温度によって変動し、その変動の度合
は振動子を構成するために使用した水晶基板の切り出し
角度に依存する。即ち、振動子型加速度計においては、
加速度が印加されていない時の出力周波数（バイアス周
波数）が周囲の温度の変動に伴って変動するのである。
このことは、振動子型加速度計が測定している加速度は
周囲の温度の変動によって変化してしまうことを意味し
ており、使用上極めて具合が悪い。バイアス周波数のこ
の様な温度依存性を低減する方法として、一つの加速度
計の内部に発振周波数の温度係数が極めて近い１対の振
動子を組み込み、これらの発振周波数の差を検出するこ
とによりバイアス周波数の温度依存性の低減を図る方法
がある。しかし、この方法によっても、１対の振動子そ
れぞれの固有振動周波数の温度係数のずれ、或は１対の
振動子の設置されている場所の僅かな温度差により、バ
イアス周波数の温度依存性の低減の効果は充分なものと
はいえなかった。
【０００５】この発明は、上述の通りの問題を解消しよ
うとするものである。
うとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】質量部を支持体に片持ち
支持させ、質量部の自由端と支持体との間に質量部の延
伸方向およびその回動軸の双方に直角に振動子を取り付
け、質量部の自由端は支持体に加速度が印加されると支
持体に対して角変位し、この角変位による振動子の固有
振動周波数変化を検出することにより印加加速度を検出
する振動子型加速度計において、上記振動子を捻れ振動
モードと屈曲振動モードとが結合した振動モードで振動
する双音叉型振動子により構成することにより、バイア
ス周波数の温度依存性を低減した。
支持させ、質量部の自由端と支持体との間に質量部の延
伸方向およびその回動軸の双方に直角に振動子を取り付
け、質量部の自由端は支持体に加速度が印加されると支
持体に対して角変位し、この角変位による振動子の固有
振動周波数変化を検出することにより印加加速度を検出
する振動子型加速度計において、上記振動子を捻れ振動
モードと屈曲振動モードとが結合した振動モードで振動
する双音叉型振動子により構成することにより、バイア
ス周波数の温度依存性を低減した。
【０００７】
【実施例】この発明の実施例を図１、２を参照して説明
する。この発明は、振動子の数については、これを図２
Ｂに示される従来例と同様に１組の振動子１４、１５の
２個とすることができるし或はこれをいずれか一方の１
個とすることもでき、その他に支持体１１および質量部
１２をも具備している。
する。この発明は、振動子の数については、これを図２
Ｂに示される従来例と同様に１組の振動子１４、１５の
２個とすることができるし或はこれをいずれか一方の１
個とすることもでき、その他に支持体１１および質量部
１２をも具備している。
【０００８】この発明においては、振動子１４、１５と
してそれぞれ捻れ振動と屈曲振動の両振動が結合した振
動モードで振動する双音叉型振動子１が使用される。図
１に示される如く、捻れ振動を励振するための電極は、
振動素子２の一平面上に形成された電極３、４、５、
６、７、８および振動子２の裏面に形成された同様の電
極により構成されている。そして、屈曲振動を励振する
ための電極は、振動素子２の側面の一方に形成された電
極９、９’、１０および他方の側面に形成された同様の
電極、および電極４、６、８および裏面に形成された同
様の電極により構成されている。
してそれぞれ捻れ振動と屈曲振動の両振動が結合した振
動モードで振動する双音叉型振動子１が使用される。図
１に示される如く、捻れ振動を励振するための電極は、
振動素子２の一平面上に形成された電極３、４、５、
６、７、８および振動子２の裏面に形成された同様の電
極により構成されている。そして、屈曲振動を励振する
ための電極は、振動素子２の側面の一方に形成された電
極９、９’、１０および他方の側面に形成された同様の
電極、および電極４、６、８および裏面に形成された同
様の電極により構成されている。
【０００９】この様に構成された電極に対して、その内
の一方の電極群３、６、７、９および９’と他方の電極
群４、５、８および１０には互いに逆極性の交流信号が
印加されることにより、双音叉型振動子１には捻れ振動
モードと屈曲振動モードの両モードの振動が生起せしめ
られる。これら両モードの振動の固有振動周波数が互い
に接近している場合はモード結合が生じ、捻れ振動と屈
曲振動とが結合したモードで振動する。
の一方の電極群３、６、７、９および９’と他方の電極
群４、５、８および１０には互いに逆極性の交流信号が
印加されることにより、双音叉型振動子１には捻れ振動
モードと屈曲振動モードの両モードの振動が生起せしめ
られる。これら両モードの振動の固有振動周波数が互い
に接近している場合はモード結合が生じ、捻れ振動と屈
曲振動とが結合したモードで振動する。
【００１０】この発明は、図２Ｂに示される振動子型加
速度計において振動子１４、１５として図１により図示
説明される捻れ振動と屈曲振動とが結合した振動モード
で振動する双音叉型振動子１を採用する。これら振動子
１４、１５をその固有振動周波数で励振した状態におい
て、支持体１１に対して矢印１９で示される向きの加速
度が印加されると、従来例と同様に振動子１４には伸張
応力が加わってその固有振動周波数はＦ1 からＦ1 ＋△
ｆに増加する一方、振動子１５には圧縮応力が加わって
その固有振動周波数はＦ1 からＦ1 ー△ｆに減少する。
振動子１４、１５の固有振動周波数の差２・△ｆを検出
することにより印加された加速度を知ることができる。
速度計において振動子１４、１５として図１により図示
説明される捻れ振動と屈曲振動とが結合した振動モード
で振動する双音叉型振動子１を採用する。これら振動子
１４、１５をその固有振動周波数で励振した状態におい
て、支持体１１に対して矢印１９で示される向きの加速
度が印加されると、従来例と同様に振動子１４には伸張
応力が加わってその固有振動周波数はＦ1 からＦ1 ＋△
ｆに増加する一方、振動子１５には圧縮応力が加わって
その固有振動周波数はＦ1 からＦ1 ー△ｆに減少する。
振動子１４、１５の固有振動周波数の差２・△ｆを検出
することにより印加された加速度を知ることができる。
【００１１】
【発明の効果】従来の屈曲振動の固有振動周波数の温度
依存性は図４に示されるように、２次の温度係数をもっ
ており、温度係数が零となる点は或る特定の温度に設置
されたときに限られていた。したがって、１対の振動子
を用いてバイアス周波数を補正するように構成した場合
であっても、各々の温度係計数のずれや、各々の振動子
が設置された状態で生ずる温度差などにより、必ずしも
補正の効果は充分ではなく、バイアス周波数の温度係数
を零とすることはできなかった。
依存性は図４に示されるように、２次の温度係数をもっ
ており、温度係数が零となる点は或る特定の温度に設置
されたときに限られていた。したがって、１対の振動子
を用いてバイアス周波数を補正するように構成した場合
であっても、各々の温度係計数のずれや、各々の振動子
が設置された状態で生ずる温度差などにより、必ずしも
補正の効果は充分ではなく、バイアス周波数の温度係数
を零とすることはできなかった。
【００１２】この発明においては、振動子１４、１５は
捻れ振動と屈曲振動とが結合した振動モードで振動する
双音叉型振動子であり、この振動モードの振動子は固有
振動周波数の温度依存性が極めて小さいので、ー２０℃
から＋７０℃に至る極めて広い温度範囲に亘ってその固
有振動周波数の温度係数を殆んど零とすることができ
る。即ち、１対の振動子が設置された状態で両者が互い
に異なった温度状態にあっても、固有振動周波数の温度
係数が殆んど零であるがために１対の振動子の固有振動
周波数の差は変動ぜず、したがってバイアス周波数の温
度係数を上述の通りの広い範囲に亘って殆んど零とする
ことができる。また、振動子の固有振動周波数の温度係
数が零ではない上述の温度範囲をはずれた温度範囲にお
いても、従来の屈曲振動モード単独のものと比較して屈
曲振動と捻れ振動とが結合した振動モードのものの場合
は、振動子の固有振動周波数の温度係数が小さいため
に、バイアス周波数の温度依存性を小さく保つことがで
きる。
捻れ振動と屈曲振動とが結合した振動モードで振動する
双音叉型振動子であり、この振動モードの振動子は固有
振動周波数の温度依存性が極めて小さいので、ー２０℃
から＋７０℃に至る極めて広い温度範囲に亘ってその固
有振動周波数の温度係数を殆んど零とすることができ
る。即ち、１対の振動子が設置された状態で両者が互い
に異なった温度状態にあっても、固有振動周波数の温度
係数が殆んど零であるがために１対の振動子の固有振動
周波数の差は変動ぜず、したがってバイアス周波数の温
度係数を上述の通りの広い範囲に亘って殆んど零とする
ことができる。また、振動子の固有振動周波数の温度係
数が零ではない上述の温度範囲をはずれた温度範囲にお
いても、従来の屈曲振動モード単独のものと比較して屈
曲振動と捻れ振動とが結合した振動モードのものの場合
は、振動子の固有振動周波数の温度係数が小さいため
に、バイアス周波数の温度依存性を小さく保つことがで
きる。
【図１】この発明の結合モード双音叉型振動子の斜視
図。
図。
【図２】２Ａはこの発明の振動子の振動状態を示す図。
２Ｂは振動子を１対具備した振動子型加速度計を示す
図。
２Ｂは振動子を１対具備した振動子型加速度計を示す
図。
【図３】３Ａは屈曲振動モード振動子の斜視図。３Ｂは
３Ａに示される屈曲振動モード振動子の振動状態を示す
図。
３Ａに示される屈曲振動モード振動子の振動状態を示す
図。
【図４】振動子の周波数温度特性図。
１ 結合モード双音叉型振動子 ２、２’ 振動素子 ３ー１０ 電極 １１ 支持体 １２ 質量部 １３ 薄肉ヒンジ １４、１５ 振動子 １６、１７ 結合モード振動素子 １８ 電極 １９ 加速度の向き
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/10 G01L 1/10
Claims (2)
- 【請求項１】 質量部を支持体に片持ち支持させ、質量
部の自由端と支持体との間に質量部の延伸方向およびそ
の回動軸の双方に直角に振動子を取り付け、質量部の自
由端は支持体に加速度が印加されると支持体に対して角
変位し、この角変位による振動子の固有振動周波数変化
を検出することにより印加加速度を検出する振動子型加
速度計において、上記振動子は捻れ振動モードと屈曲振
動モードとが結合した振動モードで振動する双音叉型振
動子より成るものであることを特徴とする振動子型加速
度計。 - 【請求項２】 請求項１に記載される振動子型加速度計
において、上記振動子は質量部に関して互いに逆向きに
設けられた２個より成るものであることを特徴とする振
動子型加速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3136722A JP3072354B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 振動子型加速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3136722A JP3072354B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 振動子型加速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04361165A JPH04361165A (ja) | 1992-12-14 |
| JP3072354B2 true JP3072354B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=15181969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3136722A Expired - Lifetime JP3072354B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 振動子型加速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3072354B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6588276B2 (en) | 2001-02-19 | 2003-07-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4020578B2 (ja) | 2000-09-29 | 2007-12-12 | 株式会社村田製作所 | 加速度センサ |
| JP3446732B2 (ja) * | 2000-09-29 | 2003-09-16 | 株式会社村田製作所 | 加速度センサ |
| JP5003161B2 (ja) * | 2007-01-11 | 2012-08-15 | セイコーエプソン株式会社 | 加速度検知ユニット |
| JP2008197031A (ja) * | 2007-02-15 | 2008-08-28 | Epson Toyocom Corp | 加速度検知ユニット及び加速度センサ |
| JP4848973B2 (ja) * | 2007-02-15 | 2011-12-28 | セイコーエプソン株式会社 | 加速度検知ユニット及び加速度センサ |
| JP2008224345A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Epson Toyocom Corp | 加速度検知ユニット及び加速度センサ |
| JP5076657B2 (ja) * | 2007-06-11 | 2012-11-21 | セイコーエプソン株式会社 | 応力感応型センサ用の双音叉型振動素子及び加速度検知ユニット |
| JP4998388B2 (ja) * | 2008-07-03 | 2012-08-15 | パナソニック株式会社 | センシング装置 |
| JP5347397B2 (ja) * | 2008-09-16 | 2013-11-20 | セイコーエプソン株式会社 | 双音叉型振動片 |
| FR2951826B1 (fr) * | 2009-10-23 | 2012-06-15 | Commissariat Energie Atomique | Capteur a detection piezoresistive dans le plan |
| DE102010002994A1 (de) | 2010-03-18 | 2011-09-22 | Robert Bosch Gmbh | Piezoresistives mikromechanisches Sensorbauelement und entsprechendes Messverfahren |
| US10429405B2 (en) * | 2012-02-03 | 2019-10-01 | Honeywell International Inc. | Vibrating beam accelerometer |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP3136722A patent/JP3072354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6588276B2 (en) | 2001-02-19 | 2003-07-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04361165A (ja) | 1992-12-14 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000411 |