JP3084581B2 - 静電荷制御による平衡力測定方法及び装置 - Google Patents
静電荷制御による平衡力測定方法及び装置Info
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- 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
- G01P15/13—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 measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position
- G01P15/131—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 measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position with electrostatic counterbalancing means
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、閉ループ型式の力平衡
方法及び装置に関し、特に、検出質量体の位置を検出
し、質量体を中立位置に向けて静電的に付勢する方法及
び装置に関する。
方法及び装置に関し、特に、検出質量体の位置を検出
し、質量体を中立位置に向けて静電的に付勢する方法及
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば加速度計などの力平衡装置におい
ては、一般に、装置の出力信号は、検出した入力条件に
比例することが望ましい。したがって、各種の静電的及
び電磁的な力平衡検知装置における特有の技術は、装置
の出力と検知入力との間に、直線的な比例関係が得られ
ることが要求されている。
ては、一般に、装置の出力信号は、検出した入力条件に
比例することが望ましい。したがって、各種の静電的及
び電磁的な力平衡検知装置における特有の技術は、装置
の出力と検知入力との間に、直線的な比例関係が得られ
ることが要求されている。
【０００３】静電的及び電磁的な装置において、装置の
作動器によって与えられる力は、作動器に供給されるフ
ィードバツク電圧又は電流に正比例しない。また、装置
自体の最適な作動には、フィードバック制御回路網によ
って与えられるフィードバツク力は、検出入力に正比例
するものであることが望ましい。そこで、そのような正
比例関係を得るための特殊な技術が使用されている。
作動器によって与えられる力は、作動器に供給されるフ
ィードバツク電圧又は電流に正比例しない。また、装置
自体の最適な作動には、フィードバック制御回路網によ
って与えられるフィードバツク力は、検出入力に正比例
するものであることが望ましい。そこで、そのような正
比例関係を得るための特殊な技術が使用されている。
【０００４】例えば、アメリカ合衆国特許第４，６７
９，４３４号の「集積型力平衡加速度計」(発明者：ロ
バート・ステュワート)に開示された型式の静電力平衡
加速度計では、閉ループ型式の静電付勢力を位置決めに
使用して、搖動する慣性体からの出力を得るようにして
ある。静電付勢システムは、慣性体の両側に配置した、
シリコン基板にエッチングされた静電容量検出電極を使
用してある。各電極は、制御電圧が与えらて、慣性体に
等しい大きさで反対方向の力を与えるようにしてある。
９，４３４号の「集積型力平衡加速度計」(発明者：ロ
バート・ステュワート)に開示された型式の静電力平衡
加速度計では、閉ループ型式の静電付勢力を位置決めに
使用して、搖動する慣性体からの出力を得るようにして
ある。静電付勢システムは、慣性体の両側に配置した、
シリコン基板にエッチングされた静電容量検出電極を使
用してある。各電極は、制御電圧が与えらて、慣性体に
等しい大きさで反対方向の力を与えるようにしてある。
【０００５】この種の加速度計の他の制御手段では、検
出質量体の両側に配置した検出及び付勢電極に、一定値
の制御電圧及びフィードバック電圧を同時に与えるよう
にしてある。この手段では、制御システムから搖動体に
加わる全体の力は、制御電圧が一定値であるために、２
つの力の差がフィードバック電圧に比例することにな
る。
出質量体の両側に配置した検出及び付勢電極に、一定値
の制御電圧及びフィードバック電圧を同時に与えるよう
にしてある。この手段では、制御システムから搖動体に
加わる全体の力は、制御電圧が一定値であるために、２
つの力の差がフィードバック電圧に比例することにな
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のシステムには、
所要の一定値の制御電界に付随して大きいマイナスの弾
性効果が生じることなどの、多くの問題点がある。入力
加速度が検出されていない場合でも、これらの制御電界
が必要であり、制御電界が変動するために、装置の中立
安定性が低下し、かつ、復元性が低下する。システム中
における、隙間量の変動、部品の経年変化、温度変化等
は、誤差の原因になって、出力を狂わせ、中立安定性を
低下させる。この出力誤差は、大きい誤差である。並列
駆動及び非並列駆動のどちらでも、電圧制御に付随する
大きいマイナスの弾性効果によつて、電界の変動が悪化
する。
所要の一定値の制御電界に付随して大きいマイナスの弾
性効果が生じることなどの、多くの問題点がある。入力
加速度が検出されていない場合でも、これらの制御電界
が必要であり、制御電界が変動するために、装置の中立
安定性が低下し、かつ、復元性が低下する。システム中
における、隙間量の変動、部品の経年変化、温度変化等
は、誤差の原因になって、出力を狂わせ、中立安定性を
低下させる。この出力誤差は、大きい誤差である。並列
駆動及び非並列駆動のどちらでも、電圧制御に付随する
大きいマイナスの弾性効果によつて、電界の変動が悪化
する。
【０００７】本発明は、これらの不都合を解消又は減少
させた力平衡装置を提供することを、目的とする。
させた力平衡装置を提供することを、目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、次のとおりに構成されている。
めに、本発明は、次のとおりに構成されている。
【０００９】測定すべき入力条件に応じて検出部材を中
立位置から変位させる平衡力検出装置を使用するため
に、検出部材の位置を制御する方法であって、検出部材
(12)の中立位置からの変位を示す検出信号を出力するス
テップと、検出部材の変位には無関係に、一定の大きさ
の力を、検出部材の両側の第１及び第２の対向方向に、
第１及び第２の時間周期で交互に反復して供給するステ
ップと、検出信号に応じて第１及び第２の時間周期を変
化させ、第１及び第２の時間周期の差値を入力条件の値
とするステップとで構成した静電荷制御による平衡力測
定方法。
立位置から変位させる平衡力検出装置を使用するため
に、検出部材の位置を制御する方法であって、検出部材
(12)の中立位置からの変位を示す検出信号を出力するス
テップと、検出部材の変位には無関係に、一定の大きさ
の力を、検出部材の両側の第１及び第２の対向方向に、
第１及び第２の時間周期で交互に反復して供給するステ
ップと、検出信号に応じて第１及び第２の時間周期を変
化させ、第１及び第２の時間周期の差値を入力条件の値
とするステップとで構成した静電荷制御による平衡力測
定方法。
【００１０】検出信号を出力し、一定の大きさの力を反
復して供給するステップを、検出部材の両側に、第１及
び第２の導電板(14)(16)を配置して第１及び第２のキャ
パシタ(C1)(C2)を形成し、第１及び第２のキャパシタを
交互に一定値に充電することが望ましい。
復して供給するステップを、検出部材の両側に、第１及
び第２の導電板(14)(16)を配置して第１及び第２のキャ
パシタ(C1)(C2)を形成し、第１及び第２のキャパシタを
交互に一定値に充電することが望ましい。
【００１１】平衡力検出装置が、検出部材の両側に近接
して第１及び第２の導電板を配置して、第１及び第２の
キヤパシタを形成し、一定の大きさの力を供給するステ
ップが、これらのキャパシタを交互に一定値に充電する
ことが望ましい。
して第１及び第２の導電板を配置して、第１及び第２の
キヤパシタを形成し、一定の大きさの力を供給するステ
ップが、これらのキャパシタを交互に一定値に充電する
ことが望ましい。
【００１２】この場合、検出信号を出力するステップ
を、第１及び第２のキャパシタの充電電圧を交互に検出
するステップで構成することが望ましい。
を、第１及び第２のキャパシタの充電電圧を交互に検出
するステップで構成することが望ましい。
【００１３】各検出電圧をそれぞれサンプリングして一
時的に記憶し、記憶した連続するサンプリング値の差値
に基づいて、検出信号を出力することが望ましい。
時的に記憶し、記憶した連続するサンプリング値の差値
に基づいて、検出信号を出力することが望ましい。
【００１４】記憶した連続するサンプリング値の差値を
積算し、検出信号の積算値に基づいてデューティ周期が
変化するパルス幅変換制御信号を出力し、パルス幅変換
制御信号によって第１及び第２の時間周期を制御するス
テップを備えることが望ましい。
積算し、検出信号の積算値に基づいてデューティ周期が
変化するパルス幅変換制御信号を出力し、パルス幅変換
制御信号によって第１及び第２の時間周期を制御するス
テップを備えることが望ましい。
【００１５】測定すべき入力に応じて移動する部材(12)
と、部材の両側に配置され、部材との間の隙間が入力に
応じた部材の移動によって変化する第１及び第２のキャ
パシタ(C1)(C2)を形成する、第１及び第２の静電板(14)
(16)と、第１及び第２のキャパシタを、等電荷に充電す
る手段と、各キャパシタを、第１及び第２の連続する時
間間隔で充電して、各キャパシタに第１及び第２の充電
量を生成する手段と、第１及び第２の充電量の差値を、
検出信号として出力する手段とを備える静電荷制御によ
る平衡力検出装置。
と、部材の両側に配置され、部材との間の隙間が入力に
応じた部材の移動によって変化する第１及び第２のキャ
パシタ(C1)(C2)を形成する、第１及び第２の静電板(14)
(16)と、第１及び第２のキャパシタを、等電荷に充電す
る手段と、各キャパシタを、第１及び第２の連続する時
間間隔で充電して、各キャパシタに第１及び第２の充電
量を生成する手段と、第１及び第２の充電量の差値を、
検出信号として出力する手段とを備える静電荷制御によ
る平衡力検出装置。
【００１６】出力信号が、時間間隔のそれぞれ１つに対
応するように制御する手段を備えることが望ましい。
応するように制御する手段を備えることが望ましい。
【００１７】第１及び第２の時間間隔の期間を相対的に
変化させる手段を備えることが望ましい。
変化させる手段を備えることが望ましい。
【００１８】第１及び第２の時間間隔が、第１及び第２
の部分周期からなる周期で反復し、時間変化制御手段
に、時間間隔の相対長さを変化させて、出力信号に応じ
て各周期のデューティ周期を変化させる手段を備えるこ
とが望ましい。
の部分周期からなる周期で反復し、時間変化制御手段
に、時間間隔の相対長さを変化させて、出力信号に応じ
て各周期のデューティ周期を変化させる手段を備えるこ
とが望ましい。
【００１９】検出信号を出力する手段を、第１と第２の
キャパシタの充電値を、それぞれ連続した時間間隔でサ
ンプリングして、第１及び第２の電圧サンプリング値を
生成する手段と、電圧サンプリング値の差を差値信号と
して出力する手段と、複数の連続した時間間隔にわたる
差値信号を積算する手段、とで構成するこが望ましい。
キャパシタの充電値を、それぞれ連続した時間間隔でサ
ンプリングして、第１及び第２の電圧サンプリング値を
生成する手段と、電圧サンプリング値の差を差値信号と
して出力する手段と、複数の連続した時間間隔にわたる
差値信号を積算する手段、とで構成するこが望ましい。
【００２０】各時間間隔の期間を制御する手段を、出力
のデューティ周期を可変としたパルス幅変換手段と、出
力信号に応じてパルス幅変換手段を制御する手段とで構
成することが望ましい。
のデューティ周期を可変としたパルス幅変換手段と、出
力信号に応じてパルス幅変換手段を制御する手段とで構
成することが望ましい。
【００２１】未知の条件を検知する平衡力検出方法であ
って、検出すべき入力条件に応じて変位する検出部材(1
2)を設けるステップと、検出部材の両側に、第１及び第
２の導電板(14)(16)を配置して、第１及び第２のキャパ
シタ(C1)(C2)を形成するステップと、入力端子と出力端
子とを有する積算増幅器(18)を設けるステップと、積算
増幅器の入力端子に、電圧パルス列を供給するステップ
と、積算増幅器の出力端子から入力端子に帰還する第１
及び第２のフィードバック回路に、第１及び第２のキャ
パシタを接続するステップと、第１及び第２の変化する
部分周期で反復する制御信号を、デューティ周期が変化
する制御信号として制定するステップと、第１及び第２
の部分周期の間に、第１及び第２のキャパシタを、一定
電圧で交互に充電するステップと、第１と第２のキャパ
シタの充電電圧をそれぞれサンプリングして、第１と第
２のサンプリング電圧値を得るステップと、第１と第２
のサンプリング電圧値の差値を、制御信号の複数個の反
復周期にわたって積算して、検出信号とするステップ
と、検出信号により、デューティ周期を制御するステッ
プとからなる静電荷制御による平衡力検出方法。
って、検出すべき入力条件に応じて変位する検出部材(1
2)を設けるステップと、検出部材の両側に、第１及び第
２の導電板(14)(16)を配置して、第１及び第２のキャパ
シタ(C1)(C2)を形成するステップと、入力端子と出力端
子とを有する積算増幅器(18)を設けるステップと、積算
増幅器の入力端子に、電圧パルス列を供給するステップ
と、積算増幅器の出力端子から入力端子に帰還する第１
及び第２のフィードバック回路に、第１及び第２のキャ
パシタを接続するステップと、第１及び第２の変化する
部分周期で反復する制御信号を、デューティ周期が変化
する制御信号として制定するステップと、第１及び第２
の部分周期の間に、第１及び第２のキャパシタを、一定
電圧で交互に充電するステップと、第１と第２のキャパ
シタの充電電圧をそれぞれサンプリングして、第１と第
２のサンプリング電圧値を得るステップと、第１と第２
のサンプリング電圧値の差値を、制御信号の複数個の反
復周期にわたって積算して、検出信号とするステップ
と、検出信号により、デューティ周期を制御するステッ
プとからなる静電荷制御による平衡力検出方法。
【００２２】各キャパシタを、充電に先だって放電させ
るステップを備えることが望ましい。
るステップを備えることが望ましい。
【００２３】検出入力条件に応じて変位する検出部材(1
2)と、検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に
第１と第２のキャパシタを形成する第１と第２の静電板
(14)(16)と、入力端子と出力端子とを備え、入力端子と
出力端子との間に、第１と第２のキャパシタを接続した
第１と第２のフィードバツク回路を備える積算器(18)
と、積算器の入力端子に、精密電圧パルスを所要時間供
給する手段と、第１と第２のフィードバック回路に接続
され、増幅器の出力を第１と第２のキャパシタに交互に
供給して充電し、第１と第２の連続する期間に、キャパ
シタが検出部材に静電力を与えるようにする第１と第２
のスイッチ手段と、第１と第２のスイッチを、第１と第
２の期間に交互に作動させる手段と、第１と第２のサン
プリング値記憶手段と、第１と第２のキャパシタの電圧
を、第１と第２の各期間の１つごとに、第１と第２の記
憶手段に転送する手段と、第１と第２の記憶手段に接続
した入力端子と、出力端子とを備える差動回路と、 差
動回路の出力が接続された入力端子と、出力端子とを備
える積算器(78)と、出力パルスのデューティ周期が可変
で、積算器からの出力が入力するパルス幅変換器(82)
と、デューティ周期可変の出力に応じて、第１と第２の
周期の相対的持続時間を制御する手段とからなる静電荷
制御による平衡力検出装置。
2)と、検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に
第１と第２のキャパシタを形成する第１と第２の静電板
(14)(16)と、入力端子と出力端子とを備え、入力端子と
出力端子との間に、第１と第２のキャパシタを接続した
第１と第２のフィードバツク回路を備える積算器(18)
と、積算器の入力端子に、精密電圧パルスを所要時間供
給する手段と、第１と第２のフィードバック回路に接続
され、増幅器の出力を第１と第２のキャパシタに交互に
供給して充電し、第１と第２の連続する期間に、キャパ
シタが検出部材に静電力を与えるようにする第１と第２
のスイッチ手段と、第１と第２のスイッチを、第１と第
２の期間に交互に作動させる手段と、第１と第２のサン
プリング値記憶手段と、第１と第２のキャパシタの電圧
を、第１と第２の各期間の１つごとに、第１と第２の記
憶手段に転送する手段と、第１と第２の記憶手段に接続
した入力端子と、出力端子とを備える差動回路と、 差
動回路の出力が接続された入力端子と、出力端子とを備
える積算器(78)と、出力パルスのデューティ周期が可変
で、積算器からの出力が入力するパルス幅変換器(82)
と、デューティ周期可変の出力に応じて、第１と第２の
周期の相対的持続時間を制御する手段とからなる静電荷
制御による平衡力検出装置。
【００２４】２つのキャパシタを、連続する持続期間中
で、それらが充電される前に、放電させる手段を備える
ことが望ましい。
で、それらが充電される前に、放電させる手段を備える
ことが望ましい。
【００２５】測定すべき入力条件に応じて、中立位置か
ら変位する検出部材と、検出部材の両側に検出部材の静
電的平衡状態をもたらすキャパシタとを設けた、平衡力
研修装置を使用するための検出部材を平衡させるキャパ
シタを作動する方法であって、第１と第２のキャパシタ
に、第１と第２の連続した時間間隔で、等しい電圧を供
給し、検出部材を中立位置に復帰させる力を生じる電界
を形成するステップと、キャパシタに充電した電圧を検
知して、検出信号とするステップとを備える静電荷制御
による平衡力検出方法。
ら変位する検出部材と、検出部材の両側に検出部材の静
電的平衡状態をもたらすキャパシタとを設けた、平衡力
研修装置を使用するための検出部材を平衡させるキャパ
シタを作動する方法であって、第１と第２のキャパシタ
に、第１と第２の連続した時間間隔で、等しい電圧を供
給し、検出部材を中立位置に復帰させる力を生じる電界
を形成するステップと、キャパシタに充電した電圧を検
知して、検出信号とするステップとを備える静電荷制御
による平衡力検出方法。
【００２６】検出信号を、第１と第２の連続した時間間
隔の相対的長さを制御するために使用するステップを備
えることが望ましい。
隔の相対的長さを制御するために使用するステップを備
えることが望ましい。
【００２７】第１と第２のキャパシタに一定電圧を交互
に供給するステップを、第１と第２のキャパシタを、逆
極性の等電圧で交互に充電するステップとしてもよい。
に供給するステップを、第１と第２のキャパシタを、逆
極性の等電圧で交互に充電するステップとしてもよい。
【００２８】第１と第２のキャパシタに一定電圧を交互
に充電するステップを、一定電圧を２つのキャパシタに
同時に供給しながら、両キャパシタを交互に接地して、
一時に一方のキャパシタのみを充電するステップとして
もよい。
に充電するステップを、一定電圧を２つのキャパシタに
同時に供給しながら、両キャパシタを交互に接地して、
一時に一方のキャパシタのみを充電するステップとして
もよい。
【００２９】第１と第２のキャパシタを充電するステッ
プを、第１と第２のフィードバック回路に逆方向に導通
する極性の第１と第２の装置を設け、逆極性の連続する
パルスを積算増幅器の入力に供給するステップとしても
よい。
プを、第１と第２のフィードバック回路に逆方向に導通
する極性の第１と第２の装置を設け、逆極性の連続する
パルスを積算増幅器の入力に供給するステップとしても
よい。
【００３０】第１と第２のキャパシタを交互に充電する
ステップを、第１と第２のキャパシタの各片側を、交互
に接地するステップとしてもよい。
ステップを、第１と第２のキャパシタの各片側を、交互
に接地するステップとしてもよい。
【００３１】検出した入力条件に応じて変位する検出部
材と、検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に
第１と第２のキャパシタを形成する第１と第２の静電板
と、入力端子と出力端子とを備え、入力端子と出力端子
との間に、第１と第２のキャパシタを接続した第１と第
２のフィードバック回路を設けた積算器と、積算器の入
力端子に、逆極性の連続する精密電圧パルスを交互に供
給する手段と、第１と第２のフィードバック回路にそれ
ぞれ接続された第１と第２の一方向に導通する極性の装
置と、第１と第２のキャパシタにそれぞれ接続された第
１と第２のサンプリング及び保持回路と、２つのサンプ
リング及び保持回路の信号を加算する加算増幅器と、加
算増幅器の加算値に応じて、第１と第２の期間の相対的
持続時間を制御する手段と、連続する第１と第２の期間
が終了するごとに、第１と第２のキャパシタを放電させ
る手段とからなる静電荷制御による平衡力検出装置。
材と、検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に
第１と第２のキャパシタを形成する第１と第２の静電板
と、入力端子と出力端子とを備え、入力端子と出力端子
との間に、第１と第２のキャパシタを接続した第１と第
２のフィードバック回路を設けた積算器と、積算器の入
力端子に、逆極性の連続する精密電圧パルスを交互に供
給する手段と、第１と第２のフィードバック回路にそれ
ぞれ接続された第１と第２の一方向に導通する極性の装
置と、第１と第２のキャパシタにそれぞれ接続された第
１と第２のサンプリング及び保持回路と、２つのサンプ
リング及び保持回路の信号を加算する加算増幅器と、加
算増幅器の加算値に応じて、第１と第２の期間の相対的
持続時間を制御する手段と、連続する第１と第２の期間
が終了するごとに、第１と第２のキャパシタを放電させ
る手段とからなる静電荷制御による平衡力検出装置。
【００３２】検出した入力条件に応じて変位する検出部
材と、検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に
第１と第２のキャパシタを形成する第１と第２の静電板
と、入力端子と出力端子とを備え、入力端子と出力端子
との間に、第１と第２のキャパシタを接続した第１と第
２のフィードバック回路を設けた積算器と、積算器の入
力端子に精密電圧パルスを供給する手段と、第１と第２
のキャパシタを、第１と第２の期間に説値する第１と第
２のスイッチ手段と、第１と第２のスイッチ手段を、第
１と第２の期間に作動させる手段と、第１と第２のサン
プリング値記憶手段と、各キャパシタの電圧を、対応す
る記憶手段に転送する手段と、第１と第２の記憶手段に
接続した入力端子と、１個の出力端子とを有する差動回
路と、差動回路の出力に接続した入力端子と、１個の出
力端子とを有する積算器と、積算器からの出力が入力し
て、デューティ周期を変化させて出力するパルス幅変換
器と、デューティ周期が変化した出力に応じて、第１と
第２の期間の相対的持続時間を制御する手段とからなる
静電荷制御による平衡力検出装置。
材と、検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に
第１と第２のキャパシタを形成する第１と第２の静電板
と、入力端子と出力端子とを備え、入力端子と出力端子
との間に、第１と第２のキャパシタを接続した第１と第
２のフィードバック回路を設けた積算器と、積算器の入
力端子に精密電圧パルスを供給する手段と、第１と第２
のキャパシタを、第１と第２の期間に説値する第１と第
２のスイッチ手段と、第１と第２のスイッチ手段を、第
１と第２の期間に作動させる手段と、第１と第２のサン
プリング値記憶手段と、各キャパシタの電圧を、対応す
る記憶手段に転送する手段と、第１と第２の記憶手段に
接続した入力端子と、１個の出力端子とを有する差動回
路と、差動回路の出力に接続した入力端子と、１個の出
力端子とを有する積算器と、積算器からの出力が入力し
て、デューティ周期を変化させて出力するパルス幅変換
器と、デューティ周期が変化した出力に応じて、第１と
第２の期間の相対的持続時間を制御する手段とからなる
静電荷制御による平衡力検出装置。
【００３３】等電荷に充電する手段を、第１と第２のキ
ャパシタを、それぞれ等電圧で逆極性の電圧で充電する
手段としてもよい。
ャパシタを、それぞれ等電圧で逆極性の電圧で充電する
手段としてもよい。
【００３４】等電荷に充電する手段を、等電圧で同極性
の電圧で充電する手段としてもよい。
の電圧で充電する手段としてもよい。
【００３５】等電荷に充電する手段を、第１と第２のキ
ャパシタを、第１と第２の時間間隔中に交互に接地する
手段としてもよい。
ャパシタを、第１と第２の時間間隔中に交互に接地する
手段としてもよい。
【００３６】
【作用】検出部材の両側に第１と第２の静電板を配置し
て、それぞれキャパシタを形成し、検出部材が検出入力
に対応して変位することにより、キャパシタの容量を変
化させる。各キャパシタに等電圧のパルスを供給して、
検出部材を中立位置に向けて付勢し、検出部材の変位に
応じて変化する各キャパシタの電圧をサンプリングして
記憶手段に保持させ、両キャパシタの電圧値の差値を加
速度計の検出信号として使用する。
て、それぞれキャパシタを形成し、検出部材が検出入力
に対応して変位することにより、キャパシタの容量を変
化させる。各キャパシタに等電圧のパルスを供給して、
検出部材を中立位置に向けて付勢し、検出部材の変位に
応じて変化する各キャパシタの電圧をサンプリングして
記憶手段に保持させ、両キャパシタの電圧値の差値を加
速度計の検出信号として使用する。
【００３７】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の平衡力検出装置
を示すブロツク図で、図２は、同装置の作動を示すタイ
ミング図である。
を示すブロツク図で、図２は、同装置の作動を示すタイ
ミング図である。
【００３８】図１で符号(10)で示す加速度計は、アメリ
カ合衆国特許第４，６７９，４３４号明細書に記載して
あるものである。この加速度計(10)は、搖動体(12)と、
その両側に僅かな隙間を設けて説値した１対の静電板な
いし電極(14)(16)とを備えている。静電板(14)(16)は、
検出及び付勢板を形成する。前記のアメリカ合衆国特許
第４，６７９，４３４号明細書に詳述してあるように、
この装置は、シリコン等の半導体基板にエッチングした
中央慣性体を構成してある。
カ合衆国特許第４，６７９，４３４号明細書に記載して
あるものである。この加速度計(10)は、搖動体(12)と、
その両側に僅かな隙間を設けて説値した１対の静電板な
いし電極(14)(16)とを備えている。静電板(14)(16)は、
検出及び付勢板を形成する。前記のアメリカ合衆国特許
第４，６７９，４３４号明細書に詳述してあるように、
この装置は、シリコン等の半導体基板にエッチングした
中央慣性体を構成してある。
【００３９】慣性体は、基板に止着してあり、これらは
すべて、単結晶シリコンの不均等性エッチングによって
形成して、慣性体を基板に片持ち式に接続し、装置の入
力軸方向の加速度に応じて、、出力軸が反応するように
してある。
すべて、単結晶シリコンの不均等性エッチングによって
形成して、慣性体を基板に片持ち式に接続し、装置の入
力軸方向の加速度に応じて、、出力軸が反応するように
してある。
【００４０】慣性体の両面は導電性で、入力軸に沿って
設置した静電板(14)(16)の導電性の表面に体して、僅か
な隙間を設けて配置してある。３軸慣性測定装置におい
ては、前記アメリカ合衆国特許第４，６７９，４３４号
明細書に開示してある加速度計あるいはそれと同等の装
置を、３組もしくはそれ以上使用する。
設置した静電板(14)(16)の導電性の表面に体して、僅か
な隙間を設けて配置してある。３軸慣性測定装置におい
ては、前記アメリカ合衆国特許第４，６７９，４３４号
明細書に開示してある加速度計あるいはそれと同等の装
置を、３組もしくはそれ以上使用する。
【００４１】本発明では、搖動体(12)の位置の力平衡制
御は、静電板の充電を制御して、静電板を検出及び作動
部材として同時に働かせる方法で行われる。この構成
は、独立した検出励起手段を設ける必要がなく、かつ、
静電板を平行駆動するための従来の電圧制御システムに
ともなうマイナスの静電弾性効果、及び非平行駆動する
ための効果の減少を、ともに除去するものである。さら
にこの方法は、パルス幅を変調して再平衡を実行して、
ティジタル出力を可能とし、直線性を改善する。
御は、静電板の充電を制御して、静電板を検出及び作動
部材として同時に働かせる方法で行われる。この構成
は、独立した検出励起手段を設ける必要がなく、かつ、
静電板を平行駆動するための従来の電圧制御システムに
ともなうマイナスの静電弾性効果、及び非平行駆動する
ための効果の減少を、ともに除去するものである。さら
にこの方法は、パルス幅を変調して再平衡を実行して、
ティジタル出力を可能とし、直線性を改善する。
【００４２】通常、装置は、検出慣性体の両側に、一定
の吸引力が交互に反復して供給されることによって作動
する。すなわち、周期の始めの部分では、片面側にある
一定の力が供給され、次いで、周期の残りの部分では、
他面側に同じ大きさの力が供給されて、この周期が連続
的に反復される。平行板については、力は、検出慣性体
の移動には無関係である。一定の力は、片面側あるいは
他面側に異なる時間間隔で供給される。
の吸引力が交互に反復して供給されることによって作動
する。すなわち、周期の始めの部分では、片面側にある
一定の力が供給され、次いで、周期の残りの部分では、
他面側に同じ大きさの力が供給されて、この周期が連続
的に反復される。平行板については、力は、検出慣性体
の移動には無関係である。一定の力は、片面側あるいは
他面側に異なる時間間隔で供給される。
【００４３】時間間隔の長さは、検出慣性体によって検
知された加速度の大きさによって決定される。搖動体の
両面に交互に加わる力の時間間隔あるいは周期の部分の
相対長さは、方形波等の周期波形のデューテイ周期の変
化によって制御される。すなわち、デューテイ周期が５
０％であれば、搖動体に対して、互いに等しくて反対方
向の力が等しい時間だけ供給されて、検出体にはたらく
総合力はゼロになる。１周期中の２つの期間の長さに差
があると、その差は、加速度の量に比例する。この期間
の差は、クロックパルスをゲートするために使用され
て、速度の変化増分を検出し、ティジタル出力を行う。
知された加速度の大きさによって決定される。搖動体の
両面に交互に加わる力の時間間隔あるいは周期の部分の
相対長さは、方形波等の周期波形のデューテイ周期の変
化によって制御される。すなわち、デューテイ周期が５
０％であれば、搖動体に対して、互いに等しくて反対方
向の力が等しい時間だけ供給されて、検出体にはたらく
総合力はゼロになる。１周期中の２つの期間の長さに差
があると、その差は、加速度の量に比例する。この期間
の差は、クロックパルスをゲートするために使用され
て、速度の変化増分を検出し、ティジタル出力を行う。
【００４４】図１において、静電板(14)(16)は、搖動体
(12)との間に、キャパシタ(C1)及び(C2)を形成してい
る。２個のキャパシタは、充電積算器として作動する作
動増幅器(18)に、２組の並列フィードバック回路で接続
してある。第１フィードバック回路は、増幅器の出力か
ら第１スイッチ(S1)とキャパシタ(C1)を通って、増幅器
の反転側入力(20)に結線してある。第２フィードバック
回路は、スイッチ(S2)とキャパシタ(C2)を通って、同じ
く増幅器の入力(20)に結線してある。２つのスイッチ
は、電界効果トランジスタか、あるいはそれと同等の半
導体スイッチを使用してある。
(12)との間に、キャパシタ(C1)及び(C2)を形成してい
る。２個のキャパシタは、充電積算器として作動する作
動増幅器(18)に、２組の並列フィードバック回路で接続
してある。第１フィードバック回路は、増幅器の出力か
ら第１スイッチ(S1)とキャパシタ(C1)を通って、増幅器
の反転側入力(20)に結線してある。第２フィードバック
回路は、スイッチ(S2)とキャパシタ(C2)を通って、同じ
く増幅器の入力(20)に結線してある。２つのスイッチ
は、電界効果トランジスタか、あるいはそれと同等の半
導体スイッチを使用してある。
【００４５】各キャパシタ(C1)(C2)には、放電又はリセ
ットスイッチ(S3)(S4)を接続してあり、各キャパシタが
充電される直前に、キャパシタを瞬間的に放電させるよ
うにしてある。精密な電圧パルス発生器(22)は、基準電
圧として、精密に制御された電圧とパルス幅の電圧パル
ス(21)を発生して、スイッチ(S1)(S2)のいずれか一方が
閉じた時に、抵抗(23)を通して、増幅器(18)の入力(20)
に送る。
ットスイッチ(S3)(S4)を接続してあり、各キャパシタが
充電される直前に、キャパシタを瞬間的に放電させるよ
うにしてある。精密な電圧パルス発生器(22)は、基準電
圧として、精密に制御された電圧とパルス幅の電圧パル
ス(21)を発生して、スイッチ(S1)(S2)のいずれか一方が
閉じた時に、抵抗(23)を通して、増幅器(18)の入力(20)
に送る。
【００４６】スイッチ(S1)及び(S2)は、パルス発生器(2
2)を備え、１０ＫHz結晶発振器(25)で制御されるシステ
ムの、タイミング信号を発生するタイミング制御部(24)
からの信号によって、交互に閉じられる。静電板選択タ
イミング信号は、導線(26)を通って、スイッチ(S2)には
直接に、スイッチ(S1)に反転器(26)を介して入力し、一
時には、いずれか一方のキャパシタのみを充電するよう
にしてある。
2)を備え、１０ＫHz結晶発振器(25)で制御されるシステ
ムの、タイミング信号を発生するタイミング制御部(24)
からの信号によって、交互に閉じられる。静電板選択タ
イミング信号は、導線(26)を通って、スイッチ(S2)には
直接に、スイッチ(S1)に反転器(26)を介して入力し、一
時には、いずれか一方のキャパシタのみを充電するよう
にしてある。
【００４７】放電スイッチ(S3)及び(S4)は、図２にパル
ス(30)として示すように、方形波信号(32)を制御するデ
ューテイ周期の立ち上がり時期である時期(t1)に始まる
短時間だけ同時に作動する。パルス(30)は、時期(t2)に
終る。回路の作動タイミングとして、時期(t2)と(t 3)と
の間の、例えば２.６マイクロ秒程度の短時間に、設定
すべき移行電圧を供給し、時期(t3)において、増幅器(1
8)の入力端子に３.２マイクロ秒の長さの−２.５ボルト
の電圧の充電パルス(21)を入力させる。充電パルス(21)
は、閉じられたスイッチ(S1)を通って、キャパシタ(C1)
に供給される。この時、スイッチ(S2)は、開いている。
ス(30)として示すように、方形波信号(32)を制御するデ
ューテイ周期の立ち上がり時期である時期(t1)に始まる
短時間だけ同時に作動する。パルス(30)は、時期(t2)に
終る。回路の作動タイミングとして、時期(t2)と(t 3)と
の間の、例えば２.６マイクロ秒程度の短時間に、設定
すべき移行電圧を供給し、時期(t3)において、増幅器(1
8)の入力端子に３.２マイクロ秒の長さの−２.５ボルト
の電圧の充電パルス(21)を入力させる。充電パルス(21)
は、閉じられたスイッチ(S1)を通って、キャパシタ(C1)
に供給される。この時、スイッチ(S2)は、開いている。
【００４８】図２の同期グラフに符号(36)で示した静電
板(14)の電圧は、時期(t3)から上昇し始める。時期(t4)
で充電パルス(21)が終った後、静電板(14)の電圧は、
（慣性体の変位がなければ）次の放電が始まるまで一定
値に保持される。
板(14)の電圧は、時期(t3)から上昇し始める。時期(t4)
で充電パルス(21)が終った後、静電板(14)の電圧は、
（慣性体の変位がなければ）次の放電が始まるまで一定
値に保持される。
【００４９】図１の符号(35)で示す差動サンプリング及
び保持回路は、第１段階のサンプリングで静電板(14)及
び(16)の電圧を交互にサンプリングして記憶し、各組の
サンプリング値をサンプリング装置の差動段階に転送す
る。サンブリング装置の第２段階は、そのキャパシタ電
圧の記憶を終るごとに、先行のサンプリングされた静電
板電圧で充電されている接地値と、交互に比較する差動
演算を行う。
び保持回路は、第１段階のサンプリングで静電板(14)及
び(16)の電圧を交互にサンプリングして記憶し、各組の
サンプリング値をサンプリング装置の差動段階に転送す
る。サンブリング装置の第２段階は、そのキャパシタ電
圧の記憶を終るごとに、先行のサンプリングされた静電
板電圧で充電されている接地値と、交互に比較する差動
演算を行う。
【００５０】このようにして、きわめて高度の同相分排
除が行われ、第２サンプリング段階のキャパシタを２つ
の静電板電圧の差に相当する電圧で充電する。このキャ
パシタの電圧は、２つの静電板の間の搖動体の偏差を示
す。
除が行われ、第２サンプリング段階のキャパシタを２つ
の静電板電圧の差に相当する電圧で充電する。このキャ
パシタの電圧は、２つの静電板の間の搖動体の偏差を示
す。
【００５１】第３サンプリング段階では、第２段階の差
値の電圧を、もう１つのキャパシタに転送して、接地値
と比較し、シングルエンド形の信号を出力する。この信
号は、記憶され、増幅されて、「Ｔ形ブリッジ」のサーボ
補償回路(80)を備える積算段階に接続される。
値の電圧を、もう１つのキャパシタに転送して、接地値
と比較し、シングルエンド形の信号を出力する。この信
号は、記憶され、増幅されて、「Ｔ形ブリッジ」のサーボ
補償回路(80)を備える積算段階に接続される。
【００５２】差動サンプリング及び保持回路は、図１に
鎖線で示す枠(35)の中に、詳細に示してある。キャパシ
タ(C1)の充電値は、増幅器(18)の入力値になる。サンプ
リング及び保持回路(35)において、増幅器(18)の出力
は、増幅器の出力端子と上側静電板電圧記憶またはサン
プリング装置であるキャパシタ(40)との間に接続してあ
るスイッチ(S5)が閉じることによつて、サンプリングさ
れる。サンプリングスイッチ(S5)は、タイミング制御部
(24)から導線(42)で送られる図２の時期(t5)で発生する
タイミング信号で制御されて閉じる。この時期(t5)は、
サンプリング静電板(14)のサンプリングパルス(44)の立
ち上がり時期である。
鎖線で示す枠(35)の中に、詳細に示してある。キャパシ
タ(C1)の充電値は、増幅器(18)の入力値になる。サンプ
リング及び保持回路(35)において、増幅器(18)の出力
は、増幅器の出力端子と上側静電板電圧記憶またはサン
プリング装置であるキャパシタ(40)との間に接続してあ
るスイッチ(S5)が閉じることによつて、サンプリングさ
れる。サンプリングスイッチ(S5)は、タイミング制御部
(24)から導線(42)で送られる図２の時期(t5)で発生する
タイミング信号で制御されて閉じる。この時期(t5)は、
サンプリング静電板(14)のサンプリングパルス(44)の立
ち上がり時期である。
【００５３】制御方形波(32)のデューテイ周期の前半部
の終期である時期(t6)において、スイッチ(S3)と(S4)と
が瞬間的に閉じて、２つのキャパシタ(14)(16)を再充電
し、その直後の時期(t7)と(t8)との間、スイッチ(S2)が
閉じて、パルス発生器(22)から精密電圧パルス(21)がキ
ャパシタ(C2)に入力する。この部分周期の充電パルス(2
1)の始期において、キャパシタ(C2)は、図２に波形(48)
で示すように、充電され始め、増幅器(18)の出力とキャ
パシタの隙間量とで与えられるパルス電圧によって定ま
る電圧値に充電される。このキャパシタ電圧は、（やは
り慣性体(12)の変位がない限り）制御方形波のデューテ
イ周期の後半部が終る時期(t10)まで、この電圧レベル
を保持する。
の終期である時期(t6)において、スイッチ(S3)と(S4)と
が瞬間的に閉じて、２つのキャパシタ(14)(16)を再充電
し、その直後の時期(t7)と(t8)との間、スイッチ(S2)が
閉じて、パルス発生器(22)から精密電圧パルス(21)がキ
ャパシタ(C2)に入力する。この部分周期の充電パルス(2
1)の始期において、キャパシタ(C2)は、図２に波形(48)
で示すように、充電され始め、増幅器(18)の出力とキャ
パシタの隙間量とで与えられるパルス電圧によって定ま
る電圧値に充電される。このキャパシタ電圧は、（やは
り慣性体(12)の変位がない限り）制御方形波のデューテ
イ周期の後半部が終る時期(t10)まで、この電圧レベル
を保持する。
【００５４】下側静電板(16)が完全に充電された時期(t
8)の直後に、第２サンプリングスイッチ(S6)が瞬間的に
閉じて、キャパシタ(C2)の下側静電板(16)の電圧を、第
２サンプリング記憶キャパシタ(50)に記憶する。スイッ
チ(S6)は、タイミング制御部(24)から導線(52)で送られ
るタイミング信号で制御されて閉じる。静電板(14)の電
圧のサンプリングは、キャパシタ(C1)が充電され、キャ
パシタ(C2)が放電している状態で、増幅器(18)の出力を
サンプリングすることによって行うことができる。同様
に、静電板(16)の電圧は、周期の後半部において、時期
(t6)で２つのキャパシタがともに放電し、時期(t8)でキ
ャパシタ(C2)が充電された後に、図２に示すパルス(45)
によってサンプリングされる。
8)の直後に、第２サンプリングスイッチ(S6)が瞬間的に
閉じて、キャパシタ(C2)の下側静電板(16)の電圧を、第
２サンプリング記憶キャパシタ(50)に記憶する。スイッ
チ(S6)は、タイミング制御部(24)から導線(52)で送られ
るタイミング信号で制御されて閉じる。静電板(14)の電
圧のサンプリングは、キャパシタ(C1)が充電され、キャ
パシタ(C2)が放電している状態で、増幅器(18)の出力を
サンプリングすることによって行うことができる。同様
に、静電板(16)の電圧は、周期の後半部において、時期
(t6)で２つのキャパシタがともに放電し、時期(t8)でキ
ャパシタ(C2)が充電された後に、図２に示すパルス(45)
によってサンプリングされる。
【００５５】キャパシタ(C1)の充電中に、第２サンプリ
ング段階のスイッチ(S7)と(S8)とが、図２に示すパルス
(56)によって同時に閉じ、キャパシタ(C1)の静電板(14)
の電圧及びキャパシタ(C2)の静電板(16)の電圧の記憶値
を、サンプリング差値記憶段階を形成するキャパシタ(6
0)の両側に転送する。スイッチ(S7)及び(S8)は、タイミ
ング制御部(24)から導線(72)で送られるタイミングパル
スによって閉じる。
ング段階のスイッチ(S7)と(S8)とが、図２に示すパルス
(56)によって同時に閉じ、キャパシタ(C1)の静電板(14)
の電圧及びキャパシタ(C2)の静電板(16)の電圧の記憶値
を、サンプリング差値記憶段階を形成するキャパシタ(6
0)の両側に転送する。スイッチ(S7)及び(S8)は、タイミ
ング制御部(24)から導線(72)で送られるタイミングパル
スによって閉じる。
【００５６】したがって、差値記憶段階キャパシタ(60)
は、キャパシタ(C1)の充電電圧とキャパシタ(C2)の充電
電圧との差に比例する信号を記憶することになる。
は、キャパシタ(C1)の充電電圧とキャパシタ(C2)の充電
電圧との差に比例する信号を記憶することになる。
【００５７】上述説明から理解されるように、積算器の
入力(20)を充電する精密パルスは、積算器に正確な既知
の時間長さの既知電流を送りこむ。このパルスは、各静
電板を交互に充電し、静電板は、注入充電量及び検出慣
性体と各静電板との間のキャパシタンスによって定まる
電圧値に保持される。
入力(20)を充電する精密パルスは、積算器に正確な既知
の時間長さの既知電流を送りこむ。このパルスは、各静
電板を交互に充電し、静電板は、注入充電量及び検出慣
性体と各静電板との間のキャパシタンスによって定まる
電圧値に保持される。
【００５８】各静電板への注入充電量は、各周期ごとに
一定値であり、したがって、キャパシタの電圧は、加速
度計の静電板のキャパシタンスのみの関数となり、一
方、検出慣性体(12)が変位すると変化する。したがっ
て、各キャパシタ(C1)(C2)の電圧は、加速度計の検出慣
性体の変位量の関数となり、検出体の位置を示すために
使用できることになる。ただし、一時には片方の静電板
のみが充電され、静電板電圧をサンプリングして、それ
らの差を求め、サンプリングされた電圧の差値を検出信
号としてある。
一定値であり、したがって、キャパシタの電圧は、加速
度計の静電板のキャパシタンスのみの関数となり、一
方、検出慣性体(12)が変位すると変化する。したがっ
て、各キャパシタ(C1)(C2)の電圧は、加速度計の検出慣
性体の変位量の関数となり、検出体の位置を示すために
使用できることになる。ただし、一時には片方の静電板
のみが充電され、静電板電圧をサンプリングして、それ
らの差を求め、サンプリングされた電圧の差値を検出信
号としてある。
【００５９】前述のように、記憶したサンプリング値
は、差値記憶キャパシタ(60)に送られ、検出慣性体の変
位量を表わす信号として記憶される。同時に、図２に示
すパルス(70)により、タイミング制御部(24)から導線(7
6)で送られるタイミング信号によって、スイッチ(S9)と
(S10)とが同時に閉じ、差値信号を第３サンプリング段
階のキャパシタ(74)に転送する。キャパシタ(74)からの
差値信号は、積算増幅器(78)に送られ、積算増幅器(78)
は、慣性体を中立位置に保持する力を表わすアナログ信
号を出力する。
は、差値記憶キャパシタ(60)に送られ、検出慣性体の変
位量を表わす信号として記憶される。同時に、図２に示
すパルス(70)により、タイミング制御部(24)から導線(7
6)で送られるタイミング信号によって、スイッチ(S9)と
(S10)とが同時に閉じ、差値信号を第３サンプリング段
階のキャパシタ(74)に転送する。キャパシタ(74)からの
差値信号は、積算増幅器(78)に送られ、積算増幅器(78)
は、慣性体を中立位置に保持する力を表わすアナログ信
号を出力する。
【００６０】積算増幅器(78)の出力部と入力部との間に
は、サーボ補償回路網(80)を設けてある。
は、サーボ補償回路網(80)を設けてある。
【００６１】積算増幅器(78)の出力は、鎖線の枠(82)で
示した、制御方形波(32)のデューテイ周期を変化させる
パルス幅変調回路に送られる。方形波(32)のデューテイ
周期は、成分増幅器(78)からの検出信号に応じて変化す
る。
示した、制御方形波(32)のデューテイ周期を変化させる
パルス幅変調回路に送られる。方形波(32)のデューテイ
周期は、成分増幅器(78)からの検出信号に応じて変化す
る。
【００６２】パルス幅変調回路(82)は、タイミング制御
部(24)から導線(88)を通って入力する１０ＫHzのクロッ
ク信号で制御される三角波(86)を出力する三角波発生器
(84)を備えている。三角波(86)は、差動増幅器(94)で形
成されるコンパーレータの非反転入力端子に入力し、反
転入力端子に入力する積算増幅器(78)から出力した位置
検出信号と比較される。
部(24)から導線(88)を通って入力する１０ＫHzのクロッ
ク信号で制御される三角波(86)を出力する三角波発生器
(84)を備えている。三角波(86)は、差動増幅器(94)で形
成されるコンパーレータの非反転入力端子に入力し、反
転入力端子に入力する積算増幅器(78)から出力した位置
検出信号と比較される。
【００６３】コンパレータの出力は、タイミング制御部
(24)から導線(98)を通って供給される２.５ＭHzのクロ
ック信号で作動するフリップフロップ(96)のトリガーと
して使用される。フリップフロップ(96)の導線(100)に
おける出力は、図２のパルス幅変調信号(32)であり、そ
の出力は、アンチ・ロックアップ回路(102)を通って、
タイミング制御部(24)に送られる。信号(32)のパルス幅
は、導線(98)を通るフリップフロップ(96)のクロック入
力によって定まる。
(24)から導線(98)を通って供給される２.５ＭHzのクロ
ック信号で作動するフリップフロップ(96)のトリガーと
して使用される。フリップフロップ(96)の導線(100)に
おける出力は、図２のパルス幅変調信号(32)であり、そ
の出力は、アンチ・ロックアップ回路(102)を通って、
タイミング制御部(24)に送られる。信号(32)のパルス幅
は、導線(98)を通るフリップフロップ(96)のクロック入
力によって定まる。
【００６４】アンチ・ロツクアップ回路(102)は、１対
のフリップフロップ(図示省略)を互いに逆位相に接続し
て構成して、コンパレータが高周期で振動することを防
止し、あるいは、少なくとも１つの最小周期が完了する
まで、タイミング制御部(24)を再トリッガーからの起動
段階とする。
のフリップフロップ(図示省略)を互いに逆位相に接続し
て構成して、コンパレータが高周期で振動することを防
止し、あるいは、少なくとも１つの最小周期が完了する
まで、タイミング制御部(24)を再トリッガーからの起動
段階とする。
【００６５】図３は、図１の構成における静電付勢及び
電圧検出を行う回路の部分を示したものである。この場
合、(たとえばダイオード操作式の)受動型スイッチを使
用して、検出慣性体の静電板を充電するようにしてあ
る。図３に示す検出慣性体(12)及びキャパシタ(C1)(C2)
を形成する静電板(14)(16)は、前述した図１のものと同
様である。
電圧検出を行う回路の部分を示したものである。この場
合、(たとえばダイオード操作式の)受動型スイッチを使
用して、検出慣性体の静電板を充電するようにしてあ
る。図３に示す検出慣性体(12)及びキャパシタ(C1)(C2)
を形成する静電板(14)(16)は、前述した図１のものと同
様である。
【００６６】この場合、積算増幅器(18)の反転入力端子
(20)に、交互にプラス及びマイナスの同電圧値に切り替
わる精密電圧パルスを入力させて、定電流電源としてあ
る。すなわち、積算増幅器(18)から各静電板(14)(16)へ
の充電電流パルスを操作するための直列接続のスイッチ
に代えて、ダイオード(110)及び(112)を使用し、それぞ
れ、増幅器(18)の出力部からキャパシタ(C1)(C2)を通っ
て、増幅器の入力端子(20)に帰還するフィードバック回
路に接続してある。
(20)に、交互にプラス及びマイナスの同電圧値に切り替
わる精密電圧パルスを入力させて、定電流電源としてあ
る。すなわち、積算増幅器(18)から各静電板(14)(16)へ
の充電電流パルスを操作するための直列接続のスイッチ
に代えて、ダイオード(110)及び(112)を使用し、それぞ
れ、増幅器(18)の出力部からキャパシタ(C1)(C2)を通っ
て、増幅器の入力端子(20)に帰還するフィードバック回
路に接続してある。
【００６７】この構成によると、スイッチ(S1)及び(S2)
をキャパシタ(C1)及び(C2)に直列に接続することによっ
て、漂遊キャパシタンスを生じる等の問題を防止するこ
とができる。直列に接続されたスイッチを閉じたときに
生じる偽充電は、受動操作型ダイオードを使用すること
によって除去される。
をキャパシタ(C1)及び(C2)に直列に接続することによっ
て、漂遊キャパシタンスを生じる等の問題を防止するこ
とができる。直列に接続されたスイッチを閉じたときに
生じる偽充電は、受動操作型ダイオードを使用すること
によって除去される。
【００６８】積算増幅器(18)への双極性精密電圧パルス
を作るために、作動増幅器(114)を設け、その出力端子
から反転側入力端子に向くフィードバツク回路を接続
し、その非反転入力端子に、基準電圧(116)から精密抵
抗(118)を介して精密定電圧を入力させてある。増幅器
(114)の非反転入力端子(120)は、常態ではＭＯＳＦＥＴ
トランジスタ(122)を介して接地してあり、このトラン
ジスタ(122)のゲートを、図１で説明した各種の部材に
タイミング信号を供給するタイミング制御部（図３では
図示省略）から導線(124)を通る信号によつて、制御す
るようにしてある。
を作るために、作動増幅器(114)を設け、その出力端子
から反転側入力端子に向くフィードバツク回路を接続
し、その非反転入力端子に、基準電圧(116)から精密抵
抗(118)を介して精密定電圧を入力させてある。増幅器
(114)の非反転入力端子(120)は、常態ではＭＯＳＦＥＴ
トランジスタ(122)を介して接地してあり、このトラン
ジスタ(122)のゲートを、図１で説明した各種の部材に
タイミング信号を供給するタイミング制御部（図３では
図示省略）から導線(124)を通る信号によつて、制御す
るようにしてある。
【００６９】トランジスタ(122)が、充電パルスにより
瞬間的に非導通になると、正値の進行パルスが増幅器(1
14)の非反転入力端子に入力し、その出力端子から、正
値の進行パルスが、抵抗(126)(128)を介して作動増幅器
(130)の反転入力端子と非反転入力端子に入力する。増
幅器(130)の非反転入力端子には、ＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタ(132)のドレーンを接続してあり、トランジスタ
(132)のゲートを、タイミング制御部から導線(136)を通
る信号によって、制御するようにしてある。
瞬間的に非導通になると、正値の進行パルスが増幅器(1
14)の非反転入力端子に入力し、その出力端子から、正
値の進行パルスが、抵抗(126)(128)を介して作動増幅器
(130)の反転入力端子と非反転入力端子に入力する。増
幅器(130)の非反転入力端子には、ＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタ(132)のドレーンを接続してあり、トランジスタ
(132)のゲートを、タイミング制御部から導線(136)を通
る信号によって、制御するようにしてある。
【００７０】トランジスタ(132)が導通すると、増幅器
(130)の非反転入力端子(134)が接地されて、増幅器(13
0)はインバータとして作動し、負値の進行パルスを出力
する。トランジスタ(132)が非導通になると、増幅器(13
0)はフォーロワとして作動し、正値の進行パルスを出力
する。これらの逆極性のパルスは、タイミング制御部か
ら導線(136)を通る信号にしたがって、キャパシタ(C1)
及び(C2)の交互の充電時期となる。
(130)の非反転入力端子(134)が接地されて、増幅器(13
0)はインバータとして作動し、負値の進行パルスを出力
する。トランジスタ(132)が非導通になると、増幅器(13
0)はフォーロワとして作動し、正値の進行パルスを出力
する。これらの逆極性のパルスは、タイミング制御部か
ら導線(136)を通る信号にしたがって、キャパシタ(C1)
及び(C2)の交互の充電時期となる。
【００７１】増幅器(18)から負値の精密パルスが出力す
ると、キャパシタ(C1)がダイオード(110)を介して充電
され、増幅器の出力が正値の電荷になると、キャパシタ
(C2)がダイオード(112)を介して充電される。
ると、キャパシタ(C1)がダイオード(110)を介して充電
され、増幅器の出力が正値の電荷になると、キャパシタ
(C2)がダイオード(112)を介して充電される。
【００７２】逆極性のＰＮＰ接合及びＮＰＮ接合のトラ
ンジスタ(140)及び(142)を、各キャパシタ(C1)及び(C2)
に接続し、導線(148)及び(150)にに配置したＲＣ回路(1
44)(146)を介して、タイミング制御部からの放電タイミ
ング信号を各トランジスタ(140)(142)に入力させるよう
にしてある。かくして、加速度計のキャパシタは、図１
で説明したのと同様に放電することになる。ただし、こ
の場合、各キャパシタを逆極性の電圧を供給するため
に、逆極性のトランジスタを必要とする。
ンジスタ(140)及び(142)を、各キャパシタ(C1)及び(C2)
に接続し、導線(148)及び(150)にに配置したＲＣ回路(1
44)(146)を介して、タイミング制御部からの放電タイミ
ング信号を各トランジスタ(140)(142)に入力させるよう
にしてある。かくして、加速度計のキャパシタは、図１
で説明したのと同様に放電することになる。ただし、こ
の場合、各キャパシタを逆極性の電圧を供給するため
に、逆極性のトランジスタを必要とする。
【００７３】キャパシタ(C1)の静電板(14)とキャパシタ
(C2)の静電板(16)とは、それぞれ標準サンプリング及び
保持回路(152)及び(154)の入力端子に接続してある。サ
ンプリング及び保持回路は、それぞれタイミング制御部
から導線(156)及び(158)を通して送られるサンプリング
タイミング信号によって、トリガ起動される。サンプリ
ング及び保持回路(152)は、静電板(14)の負電圧をサン
プリングして保持し、一方、静電板(16)の正電圧は、回
路(154)によってサンプリングされ保持される。
(C2)の静電板(16)とは、それぞれ標準サンプリング及び
保持回路(152)及び(154)の入力端子に接続してある。サ
ンプリング及び保持回路は、それぞれタイミング制御部
から導線(156)及び(158)を通して送られるサンプリング
タイミング信号によって、トリガ起動される。サンプリ
ング及び保持回路(152)は、静電板(14)の負電圧をサン
プリングして保持し、一方、静電板(16)の正電圧は、回
路(154)によってサンプリングされ保持される。
【００７４】２組のサンプリング及び保持回路の出力
は、反転入力端子にそれぞれの加算回路網(162)(164)を
有する加算増幅器(160)で加算される。２組の逆極性電
圧の加算した両電圧の差値となつて、増幅器(160)の出
力端子(166)に検知信号を出力し、図１のサーボ補償増
幅器(78)、及び図１に鎖線枠(82)で示すパルス幅変換装
置に送る。逆極性の静電板電圧を受け入れてサンプリン
グする標準サンプリング及び保持回路を使用すると、入
力端子を接地した加算増幅器(160)を使用できるように
なり、差動増幅器を使用した場合に生じる同相電圧誤差
を除去することができる。
は、反転入力端子にそれぞれの加算回路網(162)(164)を
有する加算増幅器(160)で加算される。２組の逆極性電
圧の加算した両電圧の差値となつて、増幅器(160)の出
力端子(166)に検知信号を出力し、図１のサーボ補償増
幅器(78)、及び図１に鎖線枠(82)で示すパルス幅変換装
置に送る。逆極性の静電板電圧を受け入れてサンプリン
グする標準サンプリング及び保持回路を使用すると、入
力端子を接地した加算増幅器(160)を使用できるように
なり、差動増幅器を使用した場合に生じる同相電圧誤差
を除去することができる。
【００７５】図４は、加速度計のキャパシタの充電と、
検知電圧の検出とを行う他の回路の構成を示すブロック
図、図５は、図４の回路の作動を示すタイミング図であ
る。図４の回路は、図１に類似した構成であるが、単極
性の充電パルスのみを使用するものである。リセットス
イッチは、１つだけでよく、キャパシタの操作スイッチ
は、接地としてある。
検知電圧の検出とを行う他の回路の構成を示すブロック
図、図５は、図４の回路の作動を示すタイミング図であ
る。図４の回路は、図１に類似した構成であるが、単極
性の充電パルスのみを使用するものである。リセットス
イッチは、１つだけでよく、キャパシタの操作スイッチ
は、接地としてある。
【００７６】図４において、加速度計のキャパシタは、
前述と同じく静電板(14)及び(16)を有する(C1)及び(C2)
として示し、搖動慣性体は、２つのキャパシタ(C1)及び
(C2)にに共通の極板(12)として示してある。２つに分割
して電気的に接続して示した極板(12)は、検出慣性体を
示しており、前述と同様に２つの静電容量板(14)及び(1
6)の間に配置してある。
前述と同じく静電板(14)及び(16)を有する(C1)及び(C2)
として示し、搖動慣性体は、２つのキャパシタ(C1)及び
(C2)にに共通の極板(12)として示してある。２つに分割
して電気的に接続して示した極板(12)は、検出慣性体を
示しており、前述と同様に２つの静電容量板(14)及び(1
6)の間に配置してある。
【００７７】積算増幅器(18)は、前述の各実施例と同様
に、一定電圧の充電電流を一定時間出力する。この場合
は、前述各実施例と同様に接続されて、積算増幅器(18)
の出力と入力との間に別々に並列のフィードバック回路
を設けた２つのキャパシタを、単極性の電流で充電す
る。各フィードバック回路は、各キャパシタの静電板(1
4)及び(16)に直列に接続した各１個の抵抗(210)及び(21
2)を備えている。同極性の操作トランジスタ(216)(218)
は、エミッタを接地し、コレクタをキャパシタの静電板
(14)(16)と対応する抵抗(210)(212)との結線に接続して
ある。
に、一定電圧の充電電流を一定時間出力する。この場合
は、前述各実施例と同様に接続されて、積算増幅器(18)
の出力と入力との間に別々に並列のフィードバック回路
を設けた２つのキャパシタを、単極性の電流で充電す
る。各フィードバック回路は、各キャパシタの静電板(1
4)及び(16)に直列に接続した各１個の抵抗(210)及び(21
2)を備えている。同極性の操作トランジスタ(216)(218)
は、エミッタを接地し、コレクタをキャパシタの静電板
(14)(16)と対応する抵抗(210)(212)との結線に接続して
ある。
【００７８】したがって、トランジスタ(216)又は(218)
の一方が導通すると、加速度計の２つのキャパシタの
中、対応する側の静電板が接地される。タイミング制御
部(図４には図示省略)からの導線(222)(224)を通り、電
流制限ＲＣ回路網(226)(228)を介して供給されるタイミ
ング信号によって各トランジスタを導通させ、それぞれ
のキャパシタを交互のタイミングで充電する。
の一方が導通すると、加速度計の２つのキャパシタの
中、対応する側の静電板が接地される。タイミング制御
部(図４には図示省略)からの導線(222)(224)を通り、電
流制限ＲＣ回路網(226)(228)を介して供給されるタイミ
ング信号によって各トランジスタを導通させ、それぞれ
のキャパシタを交互のタイミングで充電する。
【００７９】図５は、図４に示した回路の作動タイミン
グ図で、以下に述べる回路の作動を説明するものであ
る。タイミングの説明は後記する。
グ図で、以下に述べる回路の作動を説明するものであ
る。タイミングの説明は後記する。
【００８０】増幅器(18)の反転入力端子(230)に、精密
基準電圧(232)を備える回路により、抵抗(234)、キャパ
シタ(236)及び増幅器入力抵抗(238)を介して、精密定電
圧を入力する。ＭＯＳＦＥＴトランジスタ(240)は、タ
イミング制御部から導線(242)を通るタイミング信号で
ゲートを制御されて、瞬間的に導通して、抵抗(234)と
キャパシタ(236)との結線を接地とし、充電パルスの持
続時間中、負値の進行パルスを生じる。
基準電圧(232)を備える回路により、抵抗(234)、キャパ
シタ(236)及び増幅器入力抵抗(238)を介して、精密定電
圧を入力する。ＭＯＳＦＥＴトランジスタ(240)は、タ
イミング制御部から導線(242)を通るタイミング信号で
ゲートを制御されて、瞬間的に導通して、抵抗(234)と
キャパシタ(236)との結線を接地とし、充電パルスの持
続時間中、負値の進行パルスを生じる。
【００８１】積算増幅器(18)の出力としての充電パルス
は、漸増する正値のパルスであることが必要であるの
で、電圧パルス入力は、接地値から、たとえば−１０ボ
ルトの負値に変換することが必要である。そこでダイオ
ード(244)を設けて、その陰極を接地し、陽極をキャパ
シタ(236)と抵抗(238)との結線に接続してある。したが
って、抵抗(234)とキャパシタ(234)との結線部におい
て、１０ボルトから接地値の間で変化する負値の進行パ
ルスは、接地値から−１０ボルトの間で変化するパルス
となって、増幅器に入力する。
は、漸増する正値のパルスであることが必要であるの
で、電圧パルス入力は、接地値から、たとえば−１０ボ
ルトの負値に変換することが必要である。そこでダイオ
ード(244)を設けて、その陰極を接地し、陽極をキャパ
シタ(236)と抵抗(238)との結線に接続してある。したが
って、抵抗(234)とキャパシタ(234)との結線部におい
て、１０ボルトから接地値の間で変化する負値の進行パ
ルスは、接地値から−１０ボルトの間で変化するパルス
となって、増幅器に入力する。
【００８２】このパルスは、タイミング制御部から導線
(242)を通る制御信号により瞬間的に導通して、抵抗(23
4)とキャパシタ(236)との結線部を接地値に引き下げる
ＭＯＤＦＥＴトランジスタ(240)によって発生する。こ
のパルスの持続時間は、抵抗(234)とキャパシタ(236)と
の時定数よりも小さいために、この負値の進行パルス
は、キャパシタを通って伝送され、ダイオード(244)の
作動により、接地値と−１０ボルトの間で電圧レベルが
移行する。
(242)を通る制御信号により瞬間的に導通して、抵抗(23
4)とキャパシタ(236)との結線部を接地値に引き下げる
ＭＯＤＦＥＴトランジスタ(240)によって発生する。こ
のパルスの持続時間は、抵抗(234)とキャパシタ(236)と
の時定数よりも小さいために、この負値の進行パルス
は、キャパシタを通って伝送され、ダイオード(244)の
作動により、接地値と−１０ボルトの間で電圧レベルが
移行する。
【００８３】ダイオード(244)は、キャパシタ(236)を通
してパルスを伝送し、接地値より少し高い値に上昇させ
る。したがって、ＰＦＥＴ(254)などのトランジスタス
イッチを、接地と、キャパシタ(236)と入力抵抗(238)の
結線部との間に接続してある。 ＰＦＥＴ(254)の制御
電極には、タイミング制御部からのタイミング信号を送
る導線(256)を接続してあり、所要の電圧パルスが発生
しているときを除いて、（ＰＦＥＴをＯＮとして）キャ
パシタ(236)と抵抗(238)との結線部を接地するようにし
てある。
してパルスを伝送し、接地値より少し高い値に上昇させ
る。したがって、ＰＦＥＴ(254)などのトランジスタス
イッチを、接地と、キャパシタ(236)と入力抵抗(238)の
結線部との間に接続してある。 ＰＦＥＴ(254)の制御
電極には、タイミング制御部からのタイミング信号を送
る導線(256)を接続してあり、所要の電圧パルスが発生
しているときを除いて、（ＰＦＥＴをＯＮとして）キャ
パシタ(236)と抵抗(238)との結線部を接地するようにし
てある。
【００８４】すなわち、ＰＦＥＴ(254)は、常態では導
通してこの結線部を接地しており、パルスが発生する直
前にごく短時間だけ不導通になって、負値の進行パルス
を通過させる。電圧パルスが終了すると、ＰＦＥＴは再
びごく短時間導通し、電圧パルスが存在しない状態で、
増幅器の入力(230)を接地値に保持する。
通してこの結線部を接地しており、パルスが発生する直
前にごく短時間だけ不導通になって、負値の進行パルス
を通過させる。電圧パルスが終了すると、ＰＦＥＴは再
びごく短時間導通し、電圧パルスが存在しない状態で、
増幅器の入力(230)を接地値に保持する。
【００８５】負値の電圧パルスは、増幅器(18)の出力を
正値に漸増させる。加速度計のキャパシタの操作トラン
ジスタ(216)(218)が導通すると、静電板(14)(16)を接地
する。キャパシタ(C1)が充電される直前に、それの導通
状態になっている操作トランジスタ(216)が不導通にな
って、静電板((14)の接地を終了し、増幅器(18)からの
充電電流でキャパシタ(C1)を充電する。これによってキ
ャパシタの電圧は、充電期間中に選定した値まで漸増す
る。
正値に漸増させる。加速度計のキャパシタの操作トラン
ジスタ(216)(218)が導通すると、静電板(14)(16)を接地
する。キャパシタ(C1)が充電される直前に、それの導通
状態になっている操作トランジスタ(216)が不導通にな
って、静電板((14)の接地を終了し、増幅器(18)からの
充電電流でキャパシタ(C1)を充電する。これによってキ
ャパシタの電圧は、充電期間中に選定した値まで漸増す
る。
【００８６】キャパシタ(C1)を充電する間、キャパシタ
(C2)の操作トランジスタ(218)は、このキャパシタの静
電板(16)を接地する導通状態になっており、増幅器(18)
の出力の一部を、抵抗(212)とトランジスタ(218)とを介
して接地して、充電されているキャパシタ(C1)を通るフ
ィードバック電流の影響を受けないようにしてある。
(C2)の操作トランジスタ(218)は、このキャパシタの静
電板(16)を接地する導通状態になっており、増幅器(18)
の出力の一部を、抵抗(212)とトランジスタ(218)とを介
して接地して、充電されているキャパシタ(C1)を通るフ
ィードバック電流の影響を受けないようにしてある。
【００８７】逆に、キャパシタ(C2)が充電される直前
に、導通しているトランジスタ(218)が不導通になり、
トランジスタ(216)が導通してキャパシタ(C1)を接地す
る。トランジスタ(218)は、充電パルスが終了し、サン
プリングが行われるまで不導通状態を保持する。同様
に、キャパシタ(C2)を充電するときには、トランジスタ
(218)は、充電期間が終了してサンプリングが行われる
まで、不導通状態を保持する。
に、導通しているトランジスタ(218)が不導通になり、
トランジスタ(216)が導通してキャパシタ(C1)を接地す
る。トランジスタ(218)は、充電パルスが終了し、サン
プリングが行われるまで不導通状態を保持する。同様
に、キャパシタ(C2)を充電するときには、トランジスタ
(218)は、充電期間が終了してサンプリングが行われる
まで、不導通状態を保持する。
【００８８】トランジスタ(216)及び(218)は、交互の位
相関係で導通と不導通とに切り替えられるが、各充電パ
ルスの立ち上がり時及びリセットパルスの持続時間中
は、同時に導通することが必要もしくは望ましいことで
ある（図５参照）。
相関係で導通と不導通とに切り替えられるが、各充電パ
ルスの立ち上がり時及びリセットパルスの持続時間中
は、同時に導通することが必要もしくは望ましいことで
ある（図５参照）。
【００８９】キャパシタ(C1)及び(C2)のリセット(放電)
パルスは、キャパシタ(C1)(C2)の両方にわたって接続さ
れ、タイミング制御部から導線(262)により、電流制限
ＲＣ回路(264)を介して送られるリセットタイミングパ
ルスで作動する単一のトランジスタ(260)によって、同
時に供給される。図１の回路(98)からのパルス幅変換波
形の各部分周期の始期に、ごく短時間のリセットパルス
を出力させることが 好ましい。
パルスは、キャパシタ(C1)(C2)の両方にわたって接続さ
れ、タイミング制御部から導線(262)により、電流制限
ＲＣ回路(264)を介して送られるリセットタイミングパ
ルスで作動する単一のトランジスタ(260)によって、同
時に供給される。図１の回路(98)からのパルス幅変換波
形の各部分周期の始期に、ごく短時間のリセットパルス
を出力させることが 好ましい。
【００９０】検出信号を出力させるために、鎖線枠(27
0)及び(272)で示すサンプリング及び保持回路によっ
て、２つのキャパシタ(C1)及び(C2)の充電量をサンプリ
ングする。この２組の回路は同一であるので、１組のみ
について説明する。
0)及び(272)で示すサンプリング及び保持回路によっ
て、２つのキャパシタ(C1)及び(C2)の充電量をサンプリ
ングする。この２組の回路は同一であるので、１組のみ
について説明する。
【００９１】ソースフォーロワを形成するＭＯＳＦＥＴ
(274)は、そのゲートを抵抗(276)を介してキャパシタ(C
1)の静電板(14)に接続してある。そのドレーン(278)
は、適宜の正電圧源に接続され、そのソースは、抵抗(2
82)を介して制御ＭＯＳＦＥＴ(284)のドレーン電極に接
続してあり、制御ＭＯＳＦＥＴ(284)のソースは、接地
してある。制御ＭＯＳＦＥＴ(284)のゲートは、タイミ
ング制御部から導線(286)をで送られるタイミング信号
を受けて、サンプリング時間及びサンプリング間隔を制
御するようにしてある。ＭＯＳＦＥＴ(274)のソース
は、他方側を接地した記憶キャパシタ(290)の片側に接
続してある。
(274)は、そのゲートを抵抗(276)を介してキャパシタ(C
1)の静電板(14)に接続してある。そのドレーン(278)
は、適宜の正電圧源に接続され、そのソースは、抵抗(2
82)を介して制御ＭＯＳＦＥＴ(284)のドレーン電極に接
続してあり、制御ＭＯＳＦＥＴ(284)のソースは、接地
してある。制御ＭＯＳＦＥＴ(284)のゲートは、タイミ
ング制御部から導線(286)をで送られるタイミング信号
を受けて、サンプリング時間及びサンプリング間隔を制
御するようにしてある。ＭＯＳＦＥＴ(274)のソース
は、他方側を接地した記憶キャパシタ(290)の片側に接
続してある。
【００９２】抵抗(276)とＭＯＳＦＥＴ(274)の入力キャ
パシタンスとでＲＣ回路を形成して、入力に生じる尖頭
電圧を制限するようにしてある。
パシタンスとでＲＣ回路を形成して、入力に生じる尖頭
電圧を制限するようにしてある。
【００９３】ＭＯＳＦＥＴ(284)が導通すると、ＭＯＳ
ＦＥＴ(274)のソースは、抵抗(282)及びＭＯＳＦＥＴ(2
84)を介して接地され、ソースフォーロワとして作動
し、キャパシタ(C1)の電圧を記憶キャパシタ(290)に転
送する。この条件で、トランジスタ(274)のソースは、
そのゲートを、トランジスタ(274)のソース閾値ゲート
信号に応じて開閉する。
ＦＥＴ(274)のソースは、抵抗(282)及びＭＯＳＦＥＴ(2
84)を介して接地され、ソースフォーロワとして作動
し、キャパシタ(C1)の電圧を記憶キャパシタ(290)に転
送する。この条件で、トランジスタ(274)のソースは、
そのゲートを、トランジスタ(274)のソース閾値ゲート
信号に応じて開閉する。
【００９４】ＭＯＳＧＥＴ(284)が不導通になると電流
が流れず、記憶キャパシタ(290)が、絶縁されて充電量
を保持する。制御ＭＯＳＦＥＴ(284)は、所要のサンプ
リング時間、単独に導通する。キャパシタ(290)に記憶
された信号は、低インピーダンスのソースを持つＭＯＳ
ＦＥＴ(290)を介して、差動増幅器(294)の反転入力端子
に送られる。
が流れず、記憶キャパシタ(290)が、絶縁されて充電量
を保持する。制御ＭＯＳＦＥＴ(284)は、所要のサンプ
リング時間、単独に導通する。キャパシタ(290)に記憶
された信号は、低インピーダンスのソースを持つＭＯＳ
ＦＥＴ(290)を介して、差動増幅器(294)の反転入力端子
に送られる。
【００９５】第２のサンプリング及び保持回路(272)
は、第１の回路(270)と同一に構成してある。これは、
ＭＯＳＦＥＴ(296)及び抵抗(298)を介して送られるキャ
パシタ(C2)の電圧をサンプリングして保持し、次いで、
サンプリングした電圧をＭＯＳＦＥＴ(297)及び抵抗(29
5)を介して、差動増幅器(294)の非反転入力端子に入力
する。
は、第１の回路(270)と同一に構成してある。これは、
ＭＯＳＦＥＴ(296)及び抵抗(298)を介して送られるキャ
パシタ(C2)の電圧をサンプリングして保持し、次いで、
サンプリングした電圧をＭＯＳＦＥＴ(297)及び抵抗(29
5)を介して、差動増幅器(294)の非反転入力端子に入力
する。
【００９６】差動増幅器(294)の出力は、導線(300)を通
して、図１に示した増幅器(78)及びその他の回路と同様
な増幅器及び付属回路に送られる。サンプリング及び保
持回路(296)は、タイミング制御部から導線(308)で供給
されるサンプリングタイミング信号パルスによって制御
される。
して、図１に示した増幅器(78)及びその他の回路と同様
な増幅器及び付属回路に送られる。サンプリング及び保
持回路(296)は、タイミング制御部から導線(308)で供給
されるサンプリングタイミング信号パルスによって制御
される。
【００９７】図４に示した回路の重要な利点は、積分増
幅器の出力とキャパシタ(C1)(C2)とに直列接続した、切
り替え用のトランジスタを必要としないことである。ま
た、放電用には、ただ１個のトランジスタ(260)を設け
るだけでよいので、迷走キャパシタンスの差やトランジ
スタの特性差の問題がない利点がある。さらに、積分増
幅器に供給する電圧を発生する回路が改善され、かつ、
サンプリング及び保持回路が簡単になっている。
幅器の出力とキャパシタ(C1)(C2)とに直列接続した、切
り替え用のトランジスタを必要としないことである。ま
た、放電用には、ただ１個のトランジスタ(260)を設け
るだけでよいので、迷走キャパシタンスの差やトランジ
スタの特性差の問題がない利点がある。さらに、積分増
幅器に供給する電圧を発生する回路が改善され、かつ、
サンプリング及び保持回路が簡単になっている。
【００９８】図５は、図４の回路の制御タイミングを示
すタイミング図である。 第１列(ａ)は、パルス幅変換回路の出力タイミングを示
す。 第２列(ｂ)は、放電(リセット)のタイミングで、放電用
トランジスタ(260)に供給されるリセットパルスの立ち
上がり及び持続時間を示す。 第３列(ｃ)及び第４列(ｄ)は、静電板(14)及び(16)を、
それぞれの操作トランジスタの導通により接地させるタ
イミングを示す。 第５列(ｅ)は、ＰＦＥＴ(254)による制御タイミングを
示し、第６列(ｆ)は、それによる充電時間を示す。 第７列(ｇ)及び第８列(ｈ)は、サンプリング及び保持回
路のＭＯＳＦＥＴ(284)及び付属のＭＯＳＦＥＴによる
１と２の切り替えサンプリング時間を示す。 第９列(ｉ)及び第１０列(ｊ)は、各静電板(14)及び(16)
の電圧値を示す。
すタイミング図である。 第１列(ａ)は、パルス幅変換回路の出力タイミングを示
す。 第２列(ｂ)は、放電(リセット)のタイミングで、放電用
トランジスタ(260)に供給されるリセットパルスの立ち
上がり及び持続時間を示す。 第３列(ｃ)及び第４列(ｄ)は、静電板(14)及び(16)を、
それぞれの操作トランジスタの導通により接地させるタ
イミングを示す。 第５列(ｅ)は、ＰＦＥＴ(254)による制御タイミングを
示し、第６列(ｆ)は、それによる充電時間を示す。 第７列(ｇ)及び第８列(ｈ)は、サンプリング及び保持回
路のＭＯＳＦＥＴ(284)及び付属のＭＯＳＦＥＴによる
１と２の切り替えサンプリング時間を示す。 第９列(ｉ)及び第１０列(ｊ)は、各静電板(14)及び(16)
の電圧値を示す。
【００９９】リセットパルスの持続時間と充電時間及び
サンプリングパルスは、図１で説明した実施例と、実質
的に同様である。
サンプリングパルスは、図１で説明した実施例と、実質
的に同様である。
【０１００】
【発明の効果】(ａ) デューテイ周期の制御により力平
衡を行うので、固定値のバイアスを（その結果としての
負値の静電的弾性効果とともに）必要としない。部分的
な周期の差を設けたパルス幅変換方形波(32)は、加速度
を直線比例的に測定し、ゲートクロックパルスを使用し
てディジタル量の出力を得ることができる。
衡を行うので、固定値のバイアスを（その結果としての
負値の静電的弾性効果とともに）必要としない。部分的
な周期の差を設けたパルス幅変換方形波(32)は、加速度
を直線比例的に測定し、ゲートクロックパルスを使用し
てディジタル量の出力を得ることができる。
【０１０１】(ｂ) キャパシタの静電板を、一定の電荷
で、複列式で作動する所定時間で充電する。キャパシタ
(C1)及び(C2)に蓄積された電荷は、搖動体に加わった力
の総和を表わし、これは、検出体の位置ないし静電板と
の隙間には無関係である。
で、複列式で作動する所定時間で充電する。キャパシタ
(C1)及び(C2)に蓄積された電荷は、搖動体に加わった力
の総和を表わし、これは、検出体の位置ないし静電板と
の隙間には無関係である。
【０１０２】(ｃ) 到達電圧値は隙間の量を示すので、
対向した静電板の電圧差を、システムを再平衡させるサ
ーボ制御のための検出信号として使用することができ
る。したがって、別個に検出信号出力手段を設ける必要
はない。
対向した静電板の電圧差を、システムを再平衡させるサ
ーボ制御のための検出信号として使用することができ
る。したがって、別個に検出信号出力手段を設ける必要
はない。
【図１】本発明の平衡力検出装置の一実施例の構成を示
すブロツク図である。
すブロツク図である。
【図２】図１の装置の作動タイミング図である。
【図３】図１の装置の変形例を示すブロツク図である。
【図４】図１の装置のもう１つの変形例を示すブロツク
図である。
図である。
【図５】図４の装置の作動タイミング図である。
(10)加速度計 (12)搖動体 (14)(16)静電板 (C1)(C2)キャパシ
タ (18)作動増幅器 (22)精密電圧パル
ス発生器 (24)タイミング制御部 (25)結晶発振器 (35)差動サンプリング及び保持回路 (78)積分増幅器 (80)サーボ補償回路網 (82)パルス幅変換
回路 (84)三角波発生器 (94)作動増幅器 (96)フリップフロツプ (102)アンチロック
アツプ回路 (114)作動増幅器 (116)基準電圧源 (130)作動増幅器 (152)(154)標準サ
ンプリング及び保持回路 (160)加算増幅器 (232)基準電圧源 (270)(272)サンプリング及び保持回路
タ (18)作動増幅器 (22)精密電圧パル
ス発生器 (24)タイミング制御部 (25)結晶発振器 (35)差動サンプリング及び保持回路 (78)積分増幅器 (80)サーボ補償回路網 (82)パルス幅変換
回路 (84)三角波発生器 (94)作動増幅器 (96)フリップフロツプ (102)アンチロック
アツプ回路 (114)作動増幅器 (116)基準電圧源 (130)作動増幅器 (152)(154)標準サ
ンプリング及び保持回路 (160)加算増幅器 (232)基準電圧源 (270)(272)サンプリング及び保持回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース オー ウォーレン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 91320 ニューバリーパーク サンフェ リペアベニュー 3855 (56)参考文献 特開 平２−110383（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/13 G01P 15/125 G01D 3/06 G01L 1/08
Claims (21)
- 【請求項１】測定すべき入力条件に応じて検出部材を中
立位置から変位させる平衡力検出装置を使用するため
に、検出部材の位置を制御する方法であって、前記平衡
力検出装置は、検出部材に近接して、かつ対向して配置
した第１及び第２の静電板を備えて、第１及び第２のキ
ャパシタを形成し、 検出部材の中立位置からの変位を示す検出信号を出力す
るステップと、前記検出信号を出力するステップは、前
記第１及び第２のキャパシタの電圧を交互に検出するス
テップを含み、 検出部材の変位には無関係に、一定の大きさの力を、検
出部材の両側の第１及び第２の対向する方向に、第１及
び第２の時間周期で交互に反復して供給するステップ
と、前記一定の大きさの力を反復して供給するステップ
は、前記キャパシタを交互に一定電圧に反復して充電す
るステップを含み、 前記検出信号に応じて前記第１及び第２の時間周期を変
化させ、前記第１及び第２の時間周期の差を前記入力条
件の値とするステップとを含む静電荷制御による平衡力
測定方法。 - 【請求項２】前記検出信号を出力し、一定の大きさの力
を反復して供給するステップは、前記検出部材の両側
に、第１及び第２の静電板を配置して第１及び第２のキ
ャパシタを形成し、前記第１及び第２のキャパシタを交
互に一定電圧に充電するステップを含む請求項１に記載
の静電荷制御による平衡力測定方法。 - 【請求項３】前記検出信号のそれぞれをサンプリングし
て一時的に記憶し、前記記憶した連続するサンプリング
値の差に基づいて、前記検出信号を出力するステップを
含む請求項１に記載の静電荷制御による平衡力測定方
法。 - 【請求項４】前記記憶した連続するサンプリング値の差
を積算し、前記検出信号の積算値に基づいてデューティ
周期が変化するパルス幅変換制御信号を出力し、前記パ
ルス幅変換制御信号によって前記第１及び第２の時間周
期を制御するステップを含む請求項３に記載の静電荷制
御による平衡力測定方法。 - 【請求項５】測定すべき入力に応じて移動する部材と、 前記部材の両側に配置され、前記部材との間の隙間が入
力に応じた前記部材の移動によって変化する第１及び第
２のキャパシタを形成する第１及び第２の静電板と、 前記第１及び第２のキャパシタを等電荷に充電する手段
と、 前記キャパシタのそれぞれを、第１及び第２の連続する
時間間隔で充電して、前記キャパシタのそれぞれに第１
及び第２の充電電圧を生成する手段と、 前記第１及び第２の充電電圧の差を、検出信号として出
力する手段と、前記検出信号を、前記第１及び第２の連続する時間間隔
のそれぞれ１つの期間の長さに対応するように制御する
手段を備え、 前記手段は、それぞれ連続した時間間隔で、第１と第２
のキャパシタの充電電圧をサンプリングして、第１及び
第２のサンプリング値を生成する手段と、サンプリング
値の差を差値信号として出力する手段と、複数の前記連
続した時間間隔にわたる差値信号を積算する手段とを備
える、 静電荷制御による平衡力検出装置。 - 【請求項６】前記第１及び第２の時間間隔の期間を、相
対的に変化させる手段を備える請求項５に記載の静電荷
制御による平衡力検出装置。 - 【請求項７】前記第１及び第２の時間間隔が、第１及び
第２の部分周期からなる周期で反復し、時間変化制御手
段に、前記時間間隔の相対長さを変化させて、前記検出
信号に応じて各周期のデューティ周期を変化させる手段
を備える請求項５に記載の静電荷制御による平衡力検出
装置。 - 【請求項８】前記時間間隔のそれぞれの期間を制御する
手段を、出力のデューティ周期を可変としたパルス幅変
換手段と、前記検出信号に応じて前記パルス幅変換手段
を制御する手段とで構成した、請求項５に記載の静電荷
制御による平衡力検出装置。 - 【請求項９】未知の条件を検知する平衡力検出方法であ
って、 検出すべき入力条件に応じて変位する検出部材を設ける
ステップと、 検出部材の両側に、第１及び第２の静電板を配置して、
第１及び第２のキャパシタを形成するステップと、 入力端子と出力端子とを有する積算増幅器を設けるステ
ップと、 前記積算増幅器の入力端子に、電圧パルス列を供給する
ステップと、 前記積算増幅器の前記出力端子から前記入力端子に帰還
する第１及び第２のフ ィードバック回路に、第１及び第
２のキャパシタを接続するステップと、 第１及び第２の変化する部分周期で反復する制御信号
を、デューティ周期が変化する制御信号として発生する
ステップと、 前記第１及び第２の部分周期の間に、前記第１及び第２
のキャパシタを一定電圧で交互に充電するステップと、 第１及び第２のキャパシタの充電電圧をそれぞれサンプ
リングして、第１及び第２のサンプリング値を得るステ
ップと、 第１及び第２のサンプリング値の差を、制御信号の複数
回の反復周期にわたって積算して検出信号とするステッ
プと、 前記検出信号により、前記デューティ周期を制御するス
テップを含む静電荷制御による平衡力検出方法。 - 【請求項１０】各キャパシタを、充電に先だって放電さ
せるステップを含む請求項９に記載の静電荷制御による
平衡力検出方法。 - 【請求項１１】検出した入力条件に応じて変位する検出
部材と、 前記検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に第
１及び第２のキャパシタを形成する第１及び第２の静電
板と、 入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子と前記出力
端子との間に、第１及び第２のキャパシタを接続した第
１及び第２のフィードバック回路を備える積算器と、 前記積算器の入力端子に精密電圧パルスを所要時間供給
する手段と、 前記第１及び第２のフィードバック回路に接続され、増
幅器の出力を前記第１及び第２のキャパシタに交互に供
給して充電し、第１及び第２の連続する期間に、前記キ
ャパシタが前記検出部材に静電力を与えるようにする第
１及び第２のスイッチ手段と、 前記第１及び第２のスイッチ手段を、前記第１及び第２
の期間に交互に作動させる手段と、 第１及び第２のサンプリング値記憶手段と、 前記第１及び第２のキャパシタの電圧を、第１及び第２
の各期間ごとに、前記第１及び第２の記憶手段に転送す
る手段と、 前記第１及び第２の記憶手段に接続した入力端子と、出
力端子とを備える差動回路と、 前記差動回路の出力に接続した入力端子と、出力端子と
を備える積算器と、 前記積算器からの出力が入力して、デューティ周期を変
化させて出力するパルス幅変換器と、 デューティ周期が変化した出力に応じて、前記第１及び
第２の期間を相対的に制御する手段とを備える静電荷制
御による平衡力検出装置。 - 【請求項１２】連続する時間間隔において、前記２つの
キャパシタを充電される前に放電させる手段を備える請
求項１１に記載の静電荷制御による平衡力検出装置。 - 【請求項１３】前記第１及び第２のキャパシタに一定電
圧を交互に供給するステップを、前記第１及び第２のキ
ャパシタを逆極性の等電圧で交互に充電するステップと
した、請求項２に記載の静電荷制御による平衡力検出方
法。 - 【請求項１４】前記第１及び第２のキャパシタに一定電
圧を交互に充電するステップを、一定電圧を前記２つの
キャパシタに同時に供給しながら、前記キャパシタを交
互に接地して、一時に一方のキャパシタのみを充電する
ステップとした、請求項２に記載の静電荷制御による平
衡力検出方法。 - 【請求項１５】前記第１及び第２のキャパシタを充電す
るステップを、前記第１及び第２のフィードバック回路
に逆方向に導通する極性の第１及び第２の装置を設け、
逆極性の連続するパルスを前記積算増幅器の入力に供給
するステップとした、請求項９に記載の静電荷制御によ
る平衡力検出方法。 - 【請求項１６】前記第１及び第２のキャパシタを交互に
充電するステップを、前記第１及び第２のキャパシタの
各片側を交互に接地するステップとした、請求項９に記
載の静電荷制御による平衡力検出方法。 - 【請求項１７】検出した入力条件に応じて変位する検出
部材と、 前記検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に第
１及び第２のキャパシタを形成する第１及び第２の静電
板と、 入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子と出力端子
との間に、前記第１及び第２のキャパシタを接続した第
１及び第２のフィードバック回路を設けた積算 器と、 前記積算器の入力端子に、逆極性の連続する精密電圧パ
ルスを交互に供給する手段と、 前記第１及び第２のフィードバック回路にそれぞれ接続
された第１及び第２の一方向に導通する極性の装置と、 前記第１及び第２のキャパシタにそれぞれ接続された第
１及び第２のサンプル及び保持回路と、 前記２つのサンプル及び保持回路の信号を加算する加算
増幅器と、 前記加算増幅器の加算値に応じて、第１及び第２の期間
を相対的に制御する手段と、 連続する前記第１及び第２の期間が終了するごとに、前
記第１及び第２のキャパシタを放電させる手段とを備え
る静電荷制御による平衡力検出装置。 - 【請求項１８】検出した入力条件に応じて変位する検出
部材と、 前記検出部材の両側に配置されて、検出部材との間に第
１及び第２のキャパシタを形成する第１及び第２の静電
板と、 入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子と前記出力
端子との間に、第１及び第２のキャパシタを接続した第
１及び第２のフィードバック回路を設けた積算器と、 前記積算器の入力端子に精密電圧パルスを供給する手段
と、 前記第１及び第２のキャパシタを、第１及び第２の期間
に接地する第１及び第２のスイッチ手段と、 前記第１及び第２のスイッチ手段を、前記第１及び第２
の期間に作動させる手段と、 第１及び第２のサンプリング値記憶手段と、 前記キャパシタのそれぞれの電圧を、対応する前記記憶
手段に転送する手段と、 前記第１及び第２の記憶手段に接続した入力端子と、出
力端子とを有する差動回路と、 前記差動回路の出力に接続した入力端子と、出力端子と
を有する積算器と、 前記積算器からの出力が入力して、デューティ周期を変
化させて出力するパルス幅変換器と、 デューティ周期が変化した出力に応じて、前記第１及び
第２の期間を相対的に制御する手段とを備える静電荷制
御による平衡力検出装置。 - 【請求項１９】前記等電荷に充電する手段を、前記第１
及び第２のキャパシタをそれぞれ等電圧で逆極性の電圧
で充電する手段とした、請求項５に記載の静電荷制御に
よる平衡力検出装置。 - 【請求項２０】前記等電荷に充電する手段を、等電圧で
同極性の電圧で充電する手段とした、請求項５に記載の
静電荷制御による平衡力検出装置。 - 【請求項２１】前記等電荷に充電する手段を、前記第１
及び第２のキャパシタを前記第１及び第２の時間間隔中
に交互に接地する手段とした、請求項５に記載の静電荷
制御による平衡力検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/605,947 US5142921A (en) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | Force balance instrument with electrostatic charge control |
| US605947 | 1990-10-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265862A JPH04265862A (ja) | 1992-09-22 |
| JP3084581B2 true JP3084581B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=24425875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03308252A Expired - Lifetime JP3084581B2 (ja) | 1990-10-29 | 1991-10-29 | 静電荷制御による平衡力測定方法及び装置 |
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|---|---|
| US (1) | US5142921A (ja) |
| JP (1) | JP3084581B2 (ja) |
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| FR (1) | FR2669109B1 (ja) |
| GB (1) | GB2249396B (ja) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527348A (ja) * | 2005-01-07 | 2008-07-24 | リットン システムズ インコーポレイテッド | 誤差を緩和するための力平衡計器システムおよび方法 |
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