JP6503142B2 - 差動渦電流検知を用いた熱非感受性オープンループハングマス加速度計 - Google Patents

差動渦電流検知を用いた熱非感受性オープンループハングマス加速度計 Download PDF

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Description

本発明は加速度計に関する。そして、より特定的には、より低コストかつより高い信頼性において改善された感受性（sensitivity）を提供するように、差動渦電流検知（differential Eddy current sensing）を使用する熱非感受性ハングマス（thermally insensitive hung mass）加速度計のクラスに関する。
関連出願
本特許申請は、２０１４年６月１２日付で発行された米国特許出願公開第２０１４／０１５７８９７号明細書、タイトル"Hung Mass Accelerometer with Differential Eddy Current Sensing"”に関し、ここにおいて参照により包含されている。
基本的なオープンループ加速度計は、バネまたはフレクシャ（flexure）に取付けられたプルーフマス（proof mass）から構成されている。マス（mass）は、バネと一直線に（in-line）だけ移動するように制限されている。加速度はマスの偏差（deflection）を生じさせる。マスの変位が測定される。加速度は、変位、マス、バネ定数の値に由来するものである。システムは、移動限界（travel limit）を超えて底を打つ（bottom out）原因となるであろう共振点（resonance）において駆動されてはならない。これを達成するための一つの方法は、システムを減衰させる（damp）ことである。別の方法は、加速度計を隔離システム（isolation system）上にマウントすることである。クローズドループ加速度計は、典型的に、偏差をキャンセルするためのフィードバックループを使用すること、従ってマスをほぼ静止状態に保つことによって、典型的にはより高い性能を達成する。マスが偏向するたびに、フィードバックループは、電気コイルがマスに対して同等な負の力を付加するようにさせて、動きをキャンセルしている。加速度は、付加される負の力の量に由来する。マスがほとんど動かないので、バネと減衰システムの非線形性に対する感受性は大幅に低減される。加えて、この加速度計は、検出素子の固有振動数を超えて増加された帯域幅を提供する（Wikipedia「慣性航法システム"Inertial Navigation system"」および「加速度計"Accelerometer"」から抜粋）。
概念的に、加速度計は、バネ上の減衰されたマス（damped mass on a spring）として振る舞う。加速度計が加速を経験すると、マスは、バネが加速度計本体と同じ速さでマスを加速することができるポイントへ変位される。変位が測定されて、加速度を与える。
加速度計の性能は、主として、そのバイアス安定性（bias stability）とスケールファクタ誤差（scale factor error）の組み合わせである。バイアス安定性とは、実際の加速度がゼロの場合に、デバイスによって測定される加速度である。デバイスと電子回路の不完全性のせいで、デバイスが加速していない場合に、読み出し（readout）が非ゼロ（nonzero）である。スケールファクタ誤差は、実際の加速度に比例した誤差を反映している。例えば、デバイスが１ｇ（３２フィート／秒／秒）［１ｇは、３２．２フィート／秒／秒または９．８メートル／秒／秒］で加速しており、そして、デバイスが１．１ｇを読み出す場合には、スケールファクタ誤差が１０％である。
２０１４年６月１２日に発行され、タイトルが"Hung Mass Accelerometer with Differential Eddy Current Sensing"であり、そして、Raytheon Companyに譲渡された、米国特許出願公開第２０１４／０１５７８９７号は、より低コストかつより高い信頼性において改善された性能提供する、オープンループ加速度計の新しいクラスを紹介した。図５ａと図５ｂに示され、かつ、段落［００４６］に記載されているように、オープンループハングマス加速度計100の一つの実施形態は、電子回路なく、本体102を形成するように機械加工された単一の金属片101（例えば、Ti6Al-4Vまたは17-4PHステンレス鋼）と、上部および下部フレクシャ104および106と、本体の中心を通る軸110に沿って偏向するように内部キャビティ109の内側のフレクシャ間に吊り下げられたプルーフマス108と、を含んでいる。各フレクシャは、１２０°間隔で配置された３つのフレクシャ脚部を含む。各フレクシャ脚部は、プルーフマス108と本体102との間で軸方向に取付けられている。渦電流センサヘッド112および114は、本体における穴および軸110に沿ったフレクシャを通って延びている。センサヘッドをプルーフマスの近くに置くために、センサヘッドは、典型的には０．２５インチから０．５インチまでの長さの中空ステンレス鋼シリンダを含んでいる。シリンダの端部には、検出／測定を行う銅線コイルが存在する。銅線コイルと取付面（０．２５から０．５インチ離れている）の間には、スチールシリンダ、G10、および各種エポキシが存在する。
以下は、本発明のいくつかの態様に係る基本的な理解を提供するための本発明の概要である。この概要は、本発明のキーまたは重要な要素を特定すること、または、本発明の範囲を描写することを意図したものではない。その唯一の目的は、後述されるより詳細な説明および定義する請求項の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略化した形式で提示することである。
Raytheonのオープンループハングマス加速度計のテストは、所望のバイアス安定性とスケールファクタ誤差性能を達成するために、このオリジナルデザインの厳しい温度制御が要求されることを明らかにした。特に、軸方向（axial）または横方向（transverse）の温度勾配（temperature gradients）は、誤った加速度を発生させ得るものである。
本発明は、オリジナルデザインの熱的限界に対処する、熱非感受性オープンループハングマス加速度計を提供する。異なる実施形態においては、他方のフレクシャに関する一方のフレクシャの加速度計を横切る温度勾配またはバルク温度変化に起因する熱膨張効果がプルーフマスの最小の軸方向変位を生じるよう又は生じさせないように、本体／フレクシャ／プルーフマスの取付けジオメトリ（geometry of the body/flexure/proof mass attachments）が変更されている。このジオメトリにおいては、必要とされる剛性を達成するために複数のフレクシャを積み重ねることができ、従って、熱感受性に影響を与えることなく、製造コストとトレランス問題（tolerancing issue）を軽減している。加速度計は、放射対称性（radial symmetry）を示すように適切にデザインされている。加速度計は、少なくともプルーフマスとボディについて低CTE材料を使用し、かつ、低熱膨張差動渦電流センサヘッドを使用するように適切にデザインされている。
一つの実施形態において、本体は、段付き（stepped）内部キャビティを有し、内部キャビティの対向する側にあるが内部キャビティの端部からオフセットされた第１および第２平行取付面（parallel mounting surfaces）を画定している。第１フレクシャアセンブリの取付面は、本体の第１平行取付面と、プルーフマスの一方の端部に向かう取付面の両方に対して取付けられている。第２フレクシャアセンブリの取付面は、本体の第２平行取付面と、プルーフマスの他方の端部に向かう取付面の両方に対して取付けられている。結果として、第１および第２フレクシャアセンブリのそれぞれについて本体／フレクシャアセンブリ／プルーフマスの取付けは、プルーフマスの軸方向の変位に対して垂直な２つの異なる横断面に存在する。各フレクシャアセンブリについて取付けポイント間の軸方向距離は、概ねゼロである。このことは、温度勾配による誤った加速度を最小化（または除去）する。
一つの実施形態において、各フレクシャアセンブリは、特定された剛性を提供するために、複数のフレクシャの垂直方向のスタックを含んでよい。本体／フレクチャアセンブリ／プルーフマスの取付けは同一の横断面に残存し、そして、従って加速度計の熱的安定性に影響を与えない。個々のフレクシャは、同一の特定された剛性を有する単一のフレクシャよりも製造するのがより容易、かつ、より安価である。
一つの実施形態において、各渦電流センサヘッドは、ベース上に千分の数インチの厚さ（a few thousandths of an inch）のフォトリソグラフィによって画定された単一層コイルを含んでいる。センサヘッドがそのように薄いため、CTEの影響は最小限である。コイルがフォトリソグラフィによって画定されるので、一対のセンサヘッド間での変動は最小限である。低いCTEは、さらに、軸方向の温度勾配による熱膨張効果を低減する。コイルは、プルーフマスに対して非常に近接して、軸に関して本体の対向する端部の平行取付面上にマウントされた薄い低CTEキャリア上においてフォトリソグラフィによって適切に画定されており、もしくは、本体上において直接にフォトリソグラフィによって画定されている。プルーフマスの端部は、本体の対向する端部に置かれたセンサヘッドに対して非常に近接して存在するように、フレクシャアセンブリを通って適切に延びている。プルーフマスは、端部がフレクシャアセンブリを通って延びることができるようにするため端部からその取付け面がオフセットされるように、段付きになっている。
一つの実施形態において、加速度計（本体／フレクシャ／プルーフマス）は、放射対称性を示すようにデザインされており、そこで、加速度計は、任意の直径に沿って同一のデザインおよび特性を有している。別の言葉で言えば、加速度計における一つの位置は、軸から同じ距離にあるその位置から１８０度の位置と同じデザインおよび特性を有している。異なる実施形態において、フレクシャアセンブリは、コンプライアントディスク（compliant disk）または十字形（cross-shaped）フレクシャを含んでよい。放射対称性は、横方向温度勾配による熱膨張効果を低減する。
一つの実施形態において、加速度計は、低いCTEを有する材料を使用して実装されている。２パーツパーミリオン毎度Ｃ（2ppm/C）より小さいものである。特に、本体とプルーフマスは、CTEの低い材料を用いて実装することができる。多くの標準的な低CTE材料は、フレクシャを実装するために必要なコンプライアンスを提供しない。しかしながら、フレクシャは、ゼロCTEを示す複合材料を使用して実装することができる。
一つの実施形態において、加速度計は、少なくとも０．０１ｋｇのプルーフマスを用いて実施され、そして、厳しい熱制御なしに１０マイクロｇ未満（<10 micro-g's）のバイアスおよび１０ｐｐｍ未満のスケールファクタ誤差を示す。比べると、我々の熱非感受性デザインは、オリジナルデザインと比較して、軸方向および横方向の温度勾配効果に対する感受性において、それぞれに、３倍（3x）および１０倍（10x）低減している。
本発明に係るこれら及び他の特徴と利点は、添付の図面と一緒に理解され、好ましい実施形態に係る以下の詳細な説明から当業者にとって明らかになるだろう。
図１は、差動渦電流検知を用いた熱非感受性オープンループハングマス加速度計の模式的なブロックダイヤグラムである。 図２ａは、電子回路なしの熱非感受性オープンループハングマス加速度計に係る一つの実施形態の異なるビューである。 図２ｂは、電子回路なしの熱非感受性オープンループハングマス加速度計に係る一つの実施形態の異なるビューである。 図２ｃは、電子回路なしの熱非感受性オープンループハングマス加速度計に係る一つの実施形態の異なるビューである。 図２ｄは、電子回路なしの熱非感受性オープンループハングマス加速度計に係る一つの実施形態の異なるビューである。 図３ａは、ハングマス加速度計のオリジナルおよび新しいデザインの平面図であり、それぞれの対称性を説明している。 図３ｂは、ハングマス加速度計のオリジナルおよび新しいデザインの平面図であり、それぞれの対称性を説明している。 図４ａは、ハングマス加速度計のオリジナルおよび新しいデザインについて、本体／フレクシャ／プルーフマスの取付けジオメトリの図示である。 図４ｂは、ハングマス加速度計のオリジナルおよび新しいデザインについて、本体／フレクシャ／プルーフマスの取付けジオメトリの図示である。 図５ａは、オリジナルおよび新しいデザインにおいて使用されるセンサヘッドそれぞれのダイヤグラムである。 図５ｂは、オリジナルおよび新しいデザインにおいて使用されるセンサヘッドそれぞれのダイヤグラムである。 図６ａは、オリジナルおよび新しいデザインにおいて使用されるフレクシャそれぞれのビューである。 図６ｂは、オリジナルおよび新しいデザインにおいて使用されるフレクシャそれぞれのビューである。 図７ａは、オリジナルおよび新しいデザインに対して軸方向の温度勾配をそれぞれ適用することを説明するダイヤグラムである。 図７ｂは、オリジナルおよび新しいデザインに対して軸方向の温度勾配をそれぞれ適用することを説明するダイヤグラムである。 図８ａは、オリジナルおよび新しいデザインに対して横方向の温度勾配をそれぞれ適用することを説明するダイヤグラムである。 図８ｂは、オリジナルおよび新しいデザインに対して横方向の温度勾配をそれぞれ適用することを説明するダイヤグラムである。
Raytheonのオープンループハングマス加速度計（米国特許出願公開第２０１４／０１５７８９７号に記載）の試験、かつ、ここにおいて「オリジナルデザイン（"original design"）」として呼ばれるものは、所望のバイアス安定性およびスケールファクタ誤差性能を達成するためには、このオリジナルデザインの厳しい温度コントロールが必要とされることを明らかにした。特に、軸方向（axial）または横方向（transverse）の温度勾配（temperature gradients）は、誤った加速度を生成することがあり得る。
本発明は、オリジナルデザインの熱的限界に対処する、熱非感受性オープンループハングマス加速度計を提供する。異なる実施形態においては、他方のフレクシャに関する一方のフレクシャの加速度計を横切る温度勾配またはバルク温度変化に起因する熱膨張効果がプルーフマスの最小の軸方向変位を生じるよう又は生じさせないように、本体／フレクシャ／プルーフマスの取付けジオメトリ（geometry of the body/flexure/proof mass attachments）が変更されている。このジオメトリにおいては、必要とされる剛性を達成するために複数のフレクシャを積み重ねることができ、従って、熱感受性に影響を与えることなく、製造コストとトレランス問題（tolerancing issue）を軽減している。加速度計は、放射対称性（radial symmetry）を示すように適切にデザインされている。加速度計は、少なくともプルーフマスとボディについて低CTE材料を使用し、かつ、低熱膨張差動渦電流センサヘッドを使用するように適切にデザインされている。
図１に示されるように、熱非感受性オープンループハングマス加速度計10の一つの実施形態は、本体12と、第１および第２フレクシャアセンブリ16および18と、プルーフマス20とを含む。本体12は、段付き（stepped）内部キャビティ14を有し、内部キャビティの対向する側にあるが内部キャビティの端部からオフセットされた第１および第２平行取付面（parallel mounting surfaces）50および52を画定している。第１フレクシャアセンブリの取付面54は、本体の第１平行取付面50と、プルーフマス20の一方の端部56に向かう取付面55の両方に対して取付けられている。第２フレクシャアセンブリの取付面58は、本体の第２平行取付面52と、プルーフマス20の他方の端部60に向かう取付面59の両方に対して取付けられている。結果として、第１および第２フレクシャアセンブリのそれぞれについて本体／フレクシャアセンブリ／プルーフマスの取付けは、軸66に沿ったプルーフマス20の軸方向の変位に対して垂直な異なる横断面62および64に存在する。各フレクシャアセンブリについて取付けポイント間の軸方向距離は、概ねゼロである。このことは、温度勾配による誤った加速度を最小化（または除去）する。
第１および第２フレクシャアセンブリ16および18は、共線状の配置（collinear arrangement）で内部キャビティ14の対向する側において本体12に取付けられている。プルーフマス20は、内部キャビティ内に吊るされるように、第１フレクシャアセンブリと第２フレクシャアセンブリとの間に取付けられている。プルーフマスは、適切には少なくとも０．０１ｋｇ、より典型的には約０．１ｋｇである。プルーフマスは、軸線66に沿って第１および第２フレクシャアセンブリと一直線で移動するように拘束されている。第２フレクシャアセンブリは、既知の、そして適切に等しい、剛性を有している。各フレクシャアセンブリは、特定された剛性を提供するために、単一のフレクシャ、または、複数のフレクシャの垂直方向のスタックを含んでよい。本体／フレクチャアセンブリ／プルーフマスの取付けは横断面に残存し、そして、従って加速度計の熱的安定性に影響を与えない。個々のフレクシャは、同一の特定された剛性を有する単一のフレクシャよりも製造するのがより容易、かつ、より安価である。加速度計は、共振を防止するためにプルーフマス20の動きの減衰を提供するように適切に構成されている。フレキシャアセンブリのうち１つは、磁気減衰を提供するために磁石を含んでよい。代替的に、加速度計は、共振における移動限界を超えるプルーフマスの動きを生じさせる方法で励振されないことを確保するために、隔離システムに取付けられてよい。
加速度計は、他の５つの自由度、すなわち、軸66に直交する他の２つの軸および３つの直線軸それぞれの周りの回転においては、非常に剛性があるように適切に構成されている。例えば、フレクシャは、１００Ｈｚの周波数で軸66に沿った変位を可能にするであろう剛性を有し、一方で、他の５自由度における剛性は、１ｋＨｚ周波数あたりのあらゆる動きを制限することができ、デバイスのクロスカップリング（cross-coupling）を最小限にしている。本質的に、加速度計は、軸66に沿った運動だけを可能にするように構成されている。加速度計は、特定のアプリケーションによって必要とされるように、３つの並進移動のそれぞれ、または、そのより少ないサブセットについて備えられてよい。
加速度計（本体／フレクシャ／プルーフマス）は、放射対称性を示すように適切にデザインされており、そこで加速度計は、軸66を通過する任意の直径に沿って同一のデザインおよび特性を有している。別の言葉で言えば、加速度計における一つの位置は、軸から同じ距離にあるその位置から１８０度の位置と同じデザインおよび特性を有している。異なる実施形態において、フレクシャアセンブリは、コンプライアントディスク（compliant disk）または十字形（cross-shaped）フレクシャを含んでよい。放射対称性は、横方向温度勾配による熱膨張効果を低減する。
加速度計は、低いCTEを有する材料を使用して適切に実装されている。２パーツパーミリオン毎度Ｃ（2ppm/C）より小さいものである。これは、多くのガラス、セラミクス、炭素繊維複合材、および、鉄金属合金インバー（ferrous metal alloy invar）とその派生物を含むであろう。いくつかのサンプル材料は、（これらに限定されるわけではないが）、ULE（超低膨張）ガラス、ゼロデュア（Zerodur）ガラス、石英 水晶、インバー（invar）、スーパーインバー、およびグラファイト複合材料を含んでいる。
特に、本体とプルーフマスは、低いCTEの材料を用いて実装されてよい。多くの標準的な低CTE材料は、フレクシャを実装するために必要なコンプライアンス（compliance）を提供しない。しかしながら、フレクシャは、ゼロCTEを示す複合材料を使用して実装することができる。
加速度計は、軸線66に沿ったプルーフマス20の変位を検出するための差動渦電流センサ（differential Eddy current sensor）を含んでいる。センサは、内部キャビティ14内側で本体12上に配置された第１および第２センサヘッド26および28を含む。プルーフマス20の対向する側で距離ｄ１およびｄ２に置かれており、距離は、軸66に沿ってプルーフマスが動くにつれて、対向して（in opposition）増加および減少する。センサヘッドは、図示のようにフレクシャに隣接して配置されてよく、または、フレクシャの内側で共線状に配置されてよい。プルーフマス20は、プルーフマス20の端部56および60が、本体12の各端部におけるセンサヘッド26および28に近接してフレクシャアセンブリ16および18を通って延びるように、段付きプロファイルを適切に有している。
各センサヘッドは、共通の発振器30からの交替駆動信号（alternating drive signal）29に応答する基準コイル（reference coil）を含み、振動磁場（oscillating magnetic field）31を生成する。好ましい実施形態において、各センサヘッドは、ベース上に千分の数インチの厚さ（a few thousandths of an inch）のフォトリソグラフィによって画定された単一層コイルを含んでいる。センサヘッドがそのように薄いため、CTEの影響は最小限である。コイルがフォトリソグラフィによって画定されるので、一対のセンサヘッド間での変動は最小限である。低いCTE効果は、さらに、軸方向の温度勾配による熱膨張効果を低減する。
磁場は、プルーフマス20において渦電流32を誘導し、渦電流は、基準コイルによって生成される磁場31に反抗する対向磁場（opposing magnetic field）34を生成する。プルーフマスにおけるターゲットサーフェスは、通常の、較正された（calibrated）オペレーションのためにセンサヘッドの直径の少なくとも３倍以上であるべきである。さもなければ、特別な較正が必要となるだろう。加速なしに対応するゼロ位置（null position）からのプルーフマスの変位ｄに起因する基準コイルとプルーフマスとの間の距離（ｄ１またはｄ２）におけるあらゆる変化は、出力信号36を変更する磁場相互作用（magnetic field interaction）における変化を生じさせる。典型的に、出力信号36は、磁場相互作用によって位相（phase）または振幅（amplitude）が変更された駆動信号29である。
プルーフマス20が、下部センサヘッド28よりも上部センサヘッド26により近い場合に、上部センサヘッド26による渦電流は、第２センサヘッド28（より遠くにあるもの）による渦電流よりもプルーフマスにおいて大きい。このことは、次に、上部センサヘッド26における励起を下部センサヘッド28における励起よりも多く変更する。センサヘッドによって観測されるインピーダンスは、プルーフマスの変位とともに差動的に（differentially）変化する。その結果、出力信号36は、差動的に変更される。一つの実施形態において、出力信号36は、位相または振幅が差動的に変更された駆動信号29である。
加速器計電子回路40は、３つの機能ブロックを含んでいる。発振器30、差動変位回路42、および距離−加速度変換回路44である。発振器30は、センサヘッド26および28を励起するために共通の駆動信号29を供給する。差動変位回路42は、センサヘッド26および28からの出力信号36を比較して、軸66に沿ったプルーフマス20の変位ｄに比例する出力46を提供する。
一つの実施形態において、差動変位回路42は、共振回路を形成するためにセンサヘッド１ 26の基準コイルと直列に接続された調整されたインピーダンス（tuned impedance）（例えば、直列に接続されたキャパシタと抵抗）、共振回路を形成するためにセンサヘッド２ 28の基準コイルと直列に接続された調整されたインピーダンス（例えば、直列に接続されたキャパシタと抵抗）、および、インピーダンス変化検出器を含んでいる。共振回路は、同一または異なる共振周波数を有するように調整されてよい。一つの実施形態において、１つの回路の共振周波数は、駆動電流の周波数よりわずかに大きく、かつ、他の回路の共振周波数は、駆動電流の周波数よりわずかに小さい。
各基準コイルが交替駆動電流29によって駆動されるときには、プルーフマス20において渦電流を誘起する振動磁場（oscillating magnetic field）が発生する。プルーフマスにおいて誘起された渦電流は、基準コイルに対向する２次磁場を発生させる方向において、並列のインダクタと抵抗の接続によって表される渦電流インピーダンスの中を循環し、基準コイルにおける磁束を減少し、かつ、それによって基準コイルインダクタンスを低減している。渦電流は、また、エネルギーを放散し、基準コイルの実効抵抗を増加させている。
基準コイルは、弱結合空芯変圧器（weakly coupled air-core transformer）の一次側およびプルーフマスの（短絡した）二次側を構成する。プルーフマスの変位は結合を変化させ、そして、この変位は、基準コイルの端子におけるインピーダンス変化として反映され、順番に変化した駆動電流36を生じる。プルーフマスが基準コイルに近づくと、インダクタンスが下がり、そして、反射抵抗（reflected resistance）が増加する。２つの変化したセンサヘッド駆動電流におけるインピーダンス変化（振幅及び／又は位相変化といったもの）を電気的に比較することによって、２つのセンサヘッド間の相対変位を正確に決定することができる。
出力46は、変位ｄに比例する出力信号（例えば、変化した駆動信号）の位相または振幅として測定されるインピーダンスにおける変化を表す電圧または電流信号であってよい。プルーフマスの質量、バネ定数（フレクシャの剛性）、および任意の較正係数を知って、距離−加速度回路44は、出力46をプルーフマスの加速度48へ変換する。これらの２つの機能回路は、例えば、別個のアナログ回路とデジタル回路であってよく、または、例えば、出力46が内部パラメータであり得る単一回路であってよい。
差動変位回路42または距離−加速度回路44のいずれかは、出力46を変位ｄへ変換する中間ステップを実行することができる。図に示されるように、距離−加速度回路は変換を実行する。所与のヘッドについて、
Figure 0006503142
 である。ここで、ｄはコイルからプルーフマスまでの距離、Ｌｓｎｒは総センサインダクタンス（ノミナル値（nominal）および誘起された渦電流を付加したもの）、Ｌはプルーフマスが無限遠に離れている場合（ｄ＝無限大）の基準コイルのインダクタンス、Ｋは０．５から０．７５まで（典型的なプルーフマス材料について）、Ａはプルーフマス材料に応じた定数、そして、ｒは参照コイルの巻線半径である。同様に、総センサ抵抗は、
Figure 0006503142
 である。ここで、ＢとＣはプルーフマス材料に応じた定数であり、Ｂ＞ＡかつＣ＜Ａである。インダクタンスにおける相対的な増加は、増加するｄについて、反射抵抗における減少よりも著しいものである。従って、基準コイルのインダクタンスにおける変化は、渦電流検知のための基盤となる。出力46からの差動的な位相または振幅は、差動インピーダンスにおける変化に対してマッピングされる。このインピーダンスにおける変化は、上記の式を通じた距離ｄに関連するものである。
一旦、変位ｄが知られると、フックの法則はバネ上に作用する力Ｆを推測することができる。すなわち、Ｆ＝ｋ×ｄであり、ここで、Ｋはバネ定数である。一旦、力Ｆが知られると、加速度がニュートンの法則であるＦ＝Ｍ×ａを通じて決定される。ここで、Ｍはプルーフマスの質量である。前述のように、フックの法則は、バネ定数ｋが可能な変位範囲内において実際には一定であることを仮定しており、厳密に言えば、戦略的グレードのパフォーマンスのために必要とされるレベルのパフォーマンスにおいては真ではない。加えて、センサ自体は、完全ではない電子回路、および、時には検出機構の物理的性質に起因する非線形性を有する。渦電流センサヘッドの差動トポロジは、プルーフマスが１つのセンサヘッドから遠く離れているときには、同時に他のセンサヘッドに対して近いという利点を有している。その結果として、それ以上の補償がなければ、システム出力はより線形である。さらに、変位または加速度を計算するために、較正および較正のアプリケーションを通じて、バネ定数と同様にセンサの残りの非線形性を取り除くことは、より簡単である。差動渦電流センサの熱的安定性および線形性のために、加速度48は、特定された動きの範囲にわたり、プルーフマスの変位ｄと実質的に線形である。
ここで図２ｄを通して図２ａを参照すると、熱非感受性オープンループハングマス加速度計100の一つの実施形態は、加速度計の電子回路なく、軸110に対して垂直な第１および第２の平行な取付け面106および108を画定する段付き内部キャビティ104を有している本体102を含んでいる。内部キャビティの対向する側であるが、内部キャビティの端部からオフセットしたものである。プルーフマス112は、好ましくは少なくとも０．０１ｋｇであり、プルーフマスの対向する端部118および120からオフセットした第３および第４平行取付面114および116を画定する段付きのプロファイルを有する。
第１フレクシャアセンブリ122は、本体の第１平行取付面106とプルーフマスの第３平行取付面114の両方に対して、軸110に垂直な第１横断面126の概ね中において異なる横方向位置で取付けられた第５取付面124を有している。第１フレクシャアセンブリは、それぞれが軸に沿って迎合した（compliant）複数のディスク（フレクシャ）130のスタック128を含む。ディスク130は、プルーフマスが軸に沿って動く際に、ディスクが互いに擦れ合うことを防止するために、スペーサ131によって適切に分離されている。各ディスクを必要とされるより小さい剛性でデザインし、そして、全体の剛性を特定の値まで高めるためにそれらをスタックすることは、製造を単純化し、かつ、製造コストを低減する。フレクシャのスタックは平行バネと等価なので、追加のフレクシャを付加することは、単純な足し算によって全体の剛性を増加させる（このことは、電気回路に対して抵抗を直列に追加することと等価である）。バネが代わりに（図６ａに示されるように）直列である場合には、追加のフレクシャを付加することは、全体の剛性を低下させる（電気回路に対して抵抗を並列に追加することと等価）。スタックはプルーフマスを横断面において本体に取付けるので、軸方向温度勾配に対する感受性は影響されない。スタックの中で複数のディスクを使用することは、あらゆるランダムな製造上の変動をキャンセルする傾向がある。プルーフマスの端部118は、コンプライアントディスクのスタックを通って延びている。
第２フレクシャアセンブリ132は、本体の第２平行取付面108とプルーフマスの第４平行取付面116の両方に対して、軸110に垂直な第２横断面136の概ね中において異なる横方向位置で取付けられた第６取付面134を有している。第２フレクシャアセンブリは、それぞれが軸に沿って迎合した複数のディスク140（スペーサによって分離されている）のスタック138を含む。プルーフマスの端部120は、コンプライアントディスクのスタックを通って延びている。
第１および第２フレクシャアセンブリそれぞれに対する本体／フレクシャアセンブリ／プルーフマスの取付けは、プルーフマスの軸方向変位に対して垂直な２つの異なる横断面に存在する。各フレクシャアセンブリについて取付けポイント間における軸方向距離は、概ねゼロである。このことは、軸方向の温度勾配による誤った加速度を最小化（または除去）する。
一対のフレクシャアセンブリは、オープンループ構成（フィードバック制御なし）で約１００（〜１００）Ｈｚの共振において軸110に沿って軸方向で移動するようにプルーフマスを拘束している。本体は、横方向加速度の主検出軸への望ましくないクロスカップリングを低減するために、軸110に直交する非コンプライアント（non-compliant）方向または任意の軸回りの回転における動きを制限する。これらの他のモードは全てコンプライアント方向の周波数（この場合では１００Ｈｚ）が約１０（〜１０）倍より大きく、名目上は、検知される動きを結果として生じない。
この実施形態において、第１および第３平行取付面106および114は、第１横断面126に存在する軸110に関して同心の第１および第２環状面であり、そして、第２および第４平行取付面108および116は、第２横断面136に存在する軸に関して同心の第３および第４環状面である。
この実施形態において、フレクシャアセンブリは、ナットとボルトを使用して本体およびプルーフマスに対して取付けられている。周囲に置かれた第１の複数ボルト141は、コンプライアントディスクの第１スタック、本体、およびコンプライアントディスクの第２スタックを通って延びている。同様に複数のナット142がボルト141上にねじ込まれ、本体に対してディスクを取付けるように、本体をフレキシャアセンブリ間に挟み込む。内部の周りに置かれた第２の複数ボルト144は、コンプライアントディスクの第１スタック、本体、およびコンプライアントディスクの第２スタックを通って延びている。同様に複数のナット146がボルト144上にねじ込まれ、プルーフマスに対してディスクを取付けるように、プルーフマスをフレキシャアセンブリ間に挟み込む。説明した横方向取付けジオメトリにおいて、フレキシャアセンブリを本体およびプルーフマスに取付けるために、異なるメカニズムが使用されてよい。
第１および第２センサヘッド150および152は、プルーフマス112の対向する側において軸110に沿って本体の対向する端部に距離ｄ１およびｄ２で配置されており、プルーフマス112が軸に沿って移動するにつれて対向して増加および減少する。各センサヘッドは、交流駆動信号に応答して振動一次磁場（oscillating primary magnetic field）を生成するための、フォトリソグラフィによって画定された単一層基準コイルを有する。振動一次磁場は、プルーフマスの中に渦電流を誘起し、基準コイルによって生成される一次磁場に抵抗する対向した二次磁場を生成する。基準コイルとプルーフマスとの間の距離におけるあらゆる変化は、磁場の相互作用における変化を生じ、交替駆動信号に対して差動的な変化を生成する。単一層基準コイルは、本体を形成するように組み立てられたエンドキャップ158または160上に直接的にフォトリソグラフィによって画定されてよく、または、内部キャビティの内側における本体の端部に対してマウントされた薄い低CTEキャリア上に画定されてよい。低CTEセンサヘッドは、軸方向温度勾配に対する感受性を低減する。
少なくとも本体とプルーフマスは、２ｐｐｍ毎度Ｃより小さい熱膨張係数（CTE）を有する材料で適切に形成されている。このことは、多くのガラス、セラミック、炭素繊維複合材、および鉄金属合金インバー、および、その派生物を含むであろう。いくつかのサンプル材料は、（これらに限定されるわけではないが）、ULE（超低膨張）ガラス、ゼロデュア（Zerodur）ガラス、石英 水晶、インバー、およびスーパーインバーを含んでいる。これらの材料の大部分は、典型的にはあまりに剛性が高いため、フレクシャを形成するためには適していない。フレクシャは、２ｐｐｍ／℃より大きいCTEを有するアルミニウムといった材料から形成されてよい。代替的に、フレクシャは、ゼロに近いCTEを示す炭素繊維複合材料から形成されてよい。低CTE材料は、横方向の熱温度勾配（thermal temperature gradients）に対する感受性を低減する。
加速度計は、軸110に関して放射状の対称性を示している。加速度計全体、つまり、本体、フレクシャアセンブリ、プルーフマス、およびセンサへヘッドの構造および熱膨張特性は、加速度計における任意の位置及びその位置から１８０度の位置において同一である。放射状の対称性は、横方向の熱温度勾配に対する感受性を低減する。
加速度計は、温度勾配が１０ミリケルビン未満の環境において、１０マイクロｇ（10 micro-g's）未満のバイアスおよび１０ｐｐｍ未満のスケールファクタ誤差を伴う測定された加速度を有している。
図３ａ−３ｂ、図４ａ−４ｂ、図５ａ−５ｂ、図６ａ−６ｂ、図７ａ−７ｂ、および図８ａ−８ｂは、対称性、取付けジオメトリ、センサヘッドデザイン、フレクシャアセンブリデザイン、オリジナルデザインの軸方向温度勾配に対する感受性および横方向温度に対する感受性、および、現在の熱非感受性を比較している。
図３ａと図３ｂをこれから参照すると、オリジナルデザインは、３つのフレクシャ302が１２０度の間隔で離間されている三脚形状300を有している。このジオメトリは、放射状に対称ではない。フレキシャにおける任意の位置から１８０度の位置は、同様のフレクシャにおいては存在しない。従って、構造的または熱膨張特性のいずれも、放射状の対称性を示さない。図４に示されるように、現在の設計は、センサヘッド、プルーフマス、フレクシャアセンブリ、および本体によって示される円形ジオメトリ304を有している。このジオメトリは半径方向に対称である。加速度計の内側の任意の位置308から１８０度の位置306（軸から同じ距離）は、同じ構造的および熱膨張特性を示す。別の例は、十字形”＋”ジオメトリであり、全てのコンポーネントまたはフレクシャアセンブリのどちらでも放射状に対称であろう。半径方向の対称性は、以下のように、横方向温度勾配に対する感受性を低減する。つまり、横方向の勾配は、アセンブリの一方の側（より高い温度を有する側）を軸の長さ方向において増加させ、そして、他方の側（より低い温度を有する）は軸の長さ方向において減少させる。アセンブリの両方の側においてジオメトリが同一である（すなわち、半径方向に対称的である）場合に、一方の側の軸方向長さにおける（または距離の）増加量は、他方の側の軸方向長さにおける減少と同一である。このことの正味の効果は、一方の側の変化が他方の側の変化によって正確にキャンセルされるため、加速度計の中心（センサヘッドが変位を測定するところ）が変化しないことである。
図４ａと図４ｂをこれから参照すると、加速度計のオリジナルデザインは、２つの端部それぞれにおいてフレクシャ404を用いて加速度計本体402に対して接続されたプルーフマス400を含んでいる。重力またはあらゆる他の加速度の影響下で、プルーフマスは、加速度計の軸に沿った直線において本体に関して移動する。この動きの方向は、加速度計の「軸方向（axial direction）」を定義している。この軸に対して垂直な２つの方向は「横方向（transverse directions）」である。オリジナルデザインにおいては、本体402、フレクシャ404、およびプルーフマス402が軸方向に沿って相互に接続されるように、フレクシャ404が配置されている。別の言葉で言えば、本体、プルーフマス、およびフレクシャ間の接続は、２つの横方向において同じ位置であるが、軸方向においては異なる位置で生じている。
加速度計の新たなデザインは、２つの端部それぞれにおいてフレクシャ414を用いて加速度計本体412に対して接続されたプルーフマス410を含んでいる。重力またはあらゆる他の加速度の影響下で、プルーフマスは、加速度計の軸に沿った直線において本体に関して移動する。この動きの方向は、加速度計の「軸方向」を定義している。この軸に対して垂直な２つの方向は「横方向」である。新たなデザインにおいては、本体412、フレクシャ414、およびプルーフマス412が横方向に沿って相互に接続されるように、フレクシャ414が配置されている。別の言葉で言えば、本体、プルーフマス、およびフレクシャ間の接続は、軸方向において同じ位置であるが、２つの横方向においては異なる位置で生じている。この変更の効果は、新たなデザインにおいて、フレクシャ414が（温度勾配のせいで）軸方向に沿った長さにおいて差動的な変化を経験する場合に、プルーフマス410が移動されないことである。オリジナルデザインにおいては、フレクシャ404が（温度勾配のせいで）軸方向に沿った長さにおいて差動的な変化を経験する場合に、プルーフマス400は移動される。この変化は、新たなデザインが軸方向に沿った温度勾配に対して感受性がより少ないことを意味している。このことは、同じ性能を達成するために、新たなデザインがより厳しくない熱制御を要することを意味している。加えて、新たなデザインは、より広い範囲のフレクシャデザインを使用することができる。つまり、温度に対して長さにおけるより大きな軸方向変化を経験する（より大きい熱膨張係数、及び／又は、より大きな軸方向長さの）フレクシャである
図５ａおよび図５ｂをこれから参照すると、加速度計のためのオリジナルデザインは、プルーフマスにアクセスするために、本体における穴を通り、かつ、フレキシャを通って延びる必要があるセンサヘッド500を含んでいる。センサヘッド500は、ベース504の上に、典型的には０．２５から０．５インチまでの長さの、中空ステンレス鋼製シリンダ502を含んでいる。シリンダの端部には、銅線コイル506が存在している。銅線コイルとベースとの間（０．２５から０．５インチまで離れている）には、鋼製シリンダ502、Ｇ１０、および様々なエポキシ508、510、および512が存在している。これらの材料のいずれもが、低CTEではない。加えて、エポキシは製造トレランスの影響を受ける。つまり、各センサヘッドはこれらの材料について異なる量を有し、そして、従って、各センサヘッドは異なるCTEを有している。
新たなデザインは、（プリント回路と同様に）フォトリソグラフィプロセスを用いて画定された千分の数インチの厚さ（０．０１インチ未満の厚さ）の単層ワイヤコイル（single-layer coil of wire）520である。センサヘッドがそのように薄いので、CTE効果は最小限である（長さにおける変化＝ＣＴＥ＊温度変化＊長さ（つまり、厚さ））。また、センサヘッドは、変動する量のエポキシ（高CTE）を用いて一緒に接着された手巻きの銅線コイルである代わりに、フォトリソグラフィプロセスを用いて作られているので、２つのセンサヘッドそれぞれについてCTEが均一である。単層ワイヤコイルのコイル520は、本体を形成するようにアセンブリされたエンドキャップ522上、または、本体の端部に対して取付けられた薄い低CTEキャリア上に、フォトリソグラフィによって直接的に画定され得るものである。
図６ａおよび図６ｂをこれから参照すると、加速度計のためのオリジナルデザインにおいて、各フレクシャアセンブリは、軸周りに１２０度の間隔で配置された３つのフレクシャ600を含んでいる。各フレクシャ600は、軸方向においてプルーフマス602を本体604に対して接続している。デザインされた剛性を達成するために、フレクシャは、所与の軸方向における長さ（ターン数）および材料の厚さを有している。材料がより厚いほど、フレクシャはより剛く（stiffer）なる。ターンの数が多いほど（フレクシャがより長い）、フレクシャはより適合する（more complaint）。より多く、かつ、より厚いターンを伴うフレキシャを製造することは、より容易で、安価で、かつ、再生可能である。しかし、そうすることは、フレクシャの軸方向の長さを増加させ、軸方向の温度勾配に対して加速度計がより影響を受け易くしてしまう。
図６ｂに示されるように、新たなデザインにおいて、各フレクシャアセンブリは（スペーサ611によって分離された）１つまたはそれ以上のフレクシャ610のスタックを含んでよい。スタックは、プルーフマス612を横方向において本体614に対して接続している。取付け面／位置は変化しない。プルーフマス、フレクシャアセンブリ、およびハウジングは、いまだに同じ軸方向位置において横断面に沿って取り付いている。従って、熱感受性に対して悪影響を与えることなく、フレクシャのスタックを実装することの製造上の利点が具現化され得る。
図７ａおよび図７ｂをこれから参照すると、オリジナルデザインの加速度計700および図２ａ−図２ｄに示されるデザインの加速度計702（明確化のためにキャップをはずしたもの）にわたり、１度ケルビン（1degree Kelvin）の軸方向の温度勾配が適用されている。オリジナルデザインは、４．３３ｅ−３Ｇの１Ｋ勾配について認知される加速度を記録した。新たなデザインは、１．４６ｅ−３Ｇの１Ｋ勾配について認知される加速度を記録し、軸方向の温度勾配効果において３倍の減少（3X reduction）を表している。
図８ａおよび図８ｂをこれから参照すると、オリジナルデザインの加速度計800および図２ａ−図２ｄに示されるデザインの加速度計802（明確化のためにキャップをはずしたもの）にわたり、１度ケルビンの横方向の温度勾配が適用されている。オリジナルデザインは、１．３９ｅ−３Ｇの１Ｋ勾配について認知される加速度を記録した。新たなデザインは、１．４０ｅ−４Ｇの１Ｋ勾配について認知される加速度を記録し、横方向の温度勾配効果において１０倍の減少（10X reduction）を表している。
本発明に係るいくつかの例示的な実施形態が示され、かつ、説明されてきたが、多くの変形および代替の実施形態が当業者に対して生じるだろう。そうした変形および代替の実施形態が、思索され、そして、添付の請求項において定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく為され得る。

Claims (20)

  1. ハングマス加速度計であって、
    段付き内部キャビティを有する本体であり、前記内部キャビティの対向する側にあるが前記内部キャビティの端部からオフセットされ、軸に対して垂直な第１および第２平行取付面を画定する、本体と、
    プルーフマスであり、前記プルーフマスの対向する端部に向かう第３および第４平行取付面を有する、プルーフマスと、
    第５取付面を有する第１フレクシャアセンブリであり、前記第５取付面は、前記本体の第１平行取付面と前記プルーフマスの第３平行取付面の両方に対して、前記軸に垂直な第１横断面の概ね中において異なる横方向位置で取付けられている、第１フレクシャアセンブリと、
    第６取付面を有する第２フレクシャアセンブリであり、前記第６取付面は、前記本体の第２平行取付面と前記プルーフマスの第４平行取付面の両方に対して、前記軸に垂直な第２横断面の概ね中において異なる横方向位置で取付けられており、前記プルーフマスは、オープンループ構成で前記軸に沿った軸方向において移動するように拘束されている、第２フレクシャアセンブリと、
    前記プルーフマスの対向する側において、前記軸に沿って距離ｄ１およびｄ２に配置されている第１および第２センサヘッドであり、
    前記距離ｄ１およびｄ２は、前記プルーフマスが前記軸に沿って移動するにつれて対向して増加および減少し、
    前記センサヘッドそれぞれは、交替駆動信号に応答して前記プルーフマスにおいて渦電流を誘導する振動一次磁場を生成するための基準コイルを有し、
    前記渦電流は、前記基準コイルによって生成される前記振動一次磁場に反抗する対向２次磁場を生成し、
    前記基準コイルと前記プルーフマスとの間の距離における変化が磁場の相互作用における変化を生じさせて、前記交替駆動信号に対して差動的な変化を生成する、
    第１および第２センサヘッドと、
    を含む、ハングマス加速度計。
  2. 前記第１平行取付面および前記第３平行取付面は、前記第１横断面に存在する前記軸に関して同心の第１および第２環状面であり、かつ、
    前記第２平行取付面および前記第４平行取付面は、前記第２横断面に存在する前記軸に関して同心の第３および第４環状面である、
    請求項１に記載のハングマス加速度計。
  3. 前記第１および第２フレクシャアセンブリは、第１および第２コンプライアントディスクを含み、それぞれに、前記同心の環状面に対して取付けられている、
    請求項２に記載のハングマス加速度計。
  4. 前記ハングマス加速度計は、さらに、
    周囲に置かれた第１の複数のボルトであり、前記ディスクを前記本体に対して取付けるために、前記第１コンプライアントディスク、前記本体、および、前記第２コンプライアントディスクを通って延びている、第１の複数のボルトと、
    内部の周りに置かれた第２の複数のボルトであり、前記ディスクを前記プルーフマスに対して取付けるために、前記第１コンプライアントディスク、前記本体、および、前記第２コンプライアントディスクを通って延びている、第２の複数のボルトと、
    を含む、請求項３に記載のハングマス加速度計。
  5. 前記プルーフマスは、該プルーフマスの対向する端部からオフセットした前記第３および第４環状面を画定する段付きのプロファイルを有し、前記端部は、前記第１および第２フレクシャアセンブリを通って延びている、
    請求項２に記載のハングマス加速度計。
  6. 前記第１および第２センサヘッドそれぞれは、前記本体の対向する端部に取付けられている、フォトリソグラフィによって画定された単一層基準コイルを含み、
    前記プルーフマスの端部は、前記センサヘッドに対して距離ｄ１およびｄ２で前記軸に沿って前記第１および第２フレクシャアセンブリを通って延びている、
    請求項１に記載のハングマス加速度計。
  7. 前記第１および第２フレクシャアセンブリそれぞれは、それぞれが軸に沿って迎合した複数のフレクシャのスタックを含む、
    請求項１に記載のハングマス加速度計。
  8. 各スタックにおける複数のフレクシャは、前記軸に関してランダムに整列されている、
    請求項７に記載のハングマス加速度計。
  9. 前記加速度計は、前記軸に関して放射状の対称性を示しており、前記本体、前記フレクシャアセンブリ、前記プルーフマス、および、前記センサヘッドの構造および熱膨張特性が、加速度計における任意の位置及び該位置から１８０度の位置において同一である、
    請求項１に記載のハングマス加速度計。
  10. 少なくとも前記本体と前記プルーフマスは、２ｐｐｍ毎度Ｃより小さい熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料で形成されている、
    請求項１に記載のハングマス加速度計。
  11. 前記フレクシャアセンブリは、２ｐｐｍ毎度Ｃより大きいＣＴＥを有する材料で形成されている、
    請求項１０に記載のハングマス加速度計。
  12. 前記フレクシャアセンブリは、概ね０ｐｐｍ毎度ＣのＣＴＥを有する複合材料で形成されている、
    請求項１０に記載のハングマス加速度計。
  13. 前記プルーフマスは、少なくとも０．０１ｋｇの質量を有し、
    測定された加速度は、温度勾配が１０ミリケルビン未満の環境において、１０マイクロｇ未満のバイアスおよび１０ｐｐｍ未満のスケールファクタ誤差を有する、
    請求項１に記載のハングマス加速度計。
  14. 前記ハングマス加速度計は、さらに、
    前記交替駆動信号を生成する発振器と、
    前記軸に沿った前記プルーフマスの変位に比例した出力を提供するために、前記第１および第２センサヘッドからの前記交替駆動信号を比較するように構成されている第１電子回路と、
    前記プルーフマスの質量と前記第１および第２フレクシャアセンブリの剛性を知って、前記出力を測定された加速度へ変換するように構成されている第２電子回路と、
    を含む、請求項１に記載のハングマス加速度計。
  15. ハングマス加速度計であって、
    段付き内部キャビティを有する本体と、
    前記内部キャビティ内で前記本体に対して取付けられている第１および第２フレクシャアセンブリであり、前記フレクシャアセンブリは軸に沿って迎合している、第１および第２フレクシャアセンブリと、
    前記内部キャビティ内に吊るされるように、前記第１および第２フレクシャアセンブリの間に取付けられているプルーフマスであり、前記プルーフマスは、オープンループ構成で前記軸に沿った軸方向において移動するように拘束されている、プルーフマスと、
    前記プルーフマスの対向する側において、前記軸に沿って距離ｄ１およびｄ２に配置されている第１および第２センサヘッドであり、
    前記距離ｄ１およびｄ２は、前記プルーフマスが前記軸に沿って移動するにつれて対向して増加および減少し、
    前記センサヘッドそれぞれは、交替駆動信号に応答して前記プルーフマスにおいて渦電流を誘導する振動一次磁場を生成するための基準コイルを有し、
    前記渦電流は、前記基準コイルによって生成される前記振動一次磁場に反抗する対向２次磁場を生成し、
    前記基準コイルと前記プルーフマスとの間の距離における変化が磁場の相互作用における変化を生じさせて、前記交替駆動信号に対して差動的な変化を生成する、
    第１および第２センサヘッドと、
    を含み、
    少なくとも前記本体と前記プルーフマスは、２ｐｐｍ毎度Ｃより小さい熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料で形成されており、
    前記加速度計は、前記軸に関して放射状の対称性を示しており、前記本体、前記フレクシャアセンブリ、前記プルーフマス、および、前記センサヘッドの構造および熱膨張特性が、加速度計における任意の位置及び該位置から１８０度の位置において同一である、
    ハングマス加速度計。
  16. ハングマス加速度計であって、
    段付き内部キャビティを有する本体であり、前記内部キャビティの対向する側にあるが前記内部キャビティの端部からオフセットされ、軸に対して垂直な第１および第２平行取付面を画定する、本体と、
    プルーフマスであり、該プルーフマスの対向する端部からオフセットされた第３および第４平行取付面を画定する段付きプロファイルを有する、プルーフマスと、
    第５取付面を有する第１フレクシャアセンブリであり、前記第５取付面は、前記本体の第１平行取付面と前記プルーフマスの第３平行取付面の両方に対して、前記軸に垂直な第１横断面の概ね中において異なる横方向位置で取付けられており、前記第１フレクシャアセンブリは、それぞれが軸に沿って迎合した複数のディスクのスタックを含み、前記プルーフマスの一方の端部は、コンプライアントディスクの前記スタックを通って延びている、第１フレクシャアセンブリと、
    第６取付面を有する第２フレクシャアセンブリであり、前記第６取付面は、前記本体の第２平行取付面と前記プルーフマスの第４平行取付面の両方に対して、前記軸に垂直な第２横断面の概ね中において異なる横方向位置で取付けられており、前記第２フレクシャアセンブリは、それぞれが前記軸に沿って迎合した複数のディスクのスタックを含み、前記プルーフマスの対向する端部は、コンプライアントディスクの前記スタックを通って延びていおり、前記プルーフマスは、オープンループ構成で前記軸に沿った軸方向において移動するように拘束されている、第２フレクシャアセンブリと、
    前記プルーフマスの対向する側において、前記軸に沿って前記本体の対向する側に距離ｄ１およびｄ２で配置されている第１および第２センサヘッドであり、
    前記距離ｄ１およびｄ２は、前記プルーフマスが前記軸に沿って移動するにつれて対向して増加および減少し、
    前記センサヘッドそれぞれは、交替駆動信号に応答して前記プルーフマスにおいて渦電流を誘導する振動一次磁場を生成するための基準コイルを有し、
    前記渦電流は、前記基準コイルによって生成される前記振動一次磁場に反抗する対向２次磁場を生成し、
    前記基準コイルと前記プルーフマスとの間の距離における変化が磁場の相互作用における変化を生じさせて、前記交替駆動信号に対して差動的な変化を生成する、
    第１および第２センサヘッドと、
    を含み、
    少なくとも前記本体と前記プルーフマスは、２ｐｐｍ毎度Ｃより小さい熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料で形成されており、
    前記加速度計は、前記軸に関して放射状の対称性を示しており、前記本体、前記フレクシャアセンブリ、前記プルーフマス、および、前記センサヘッドの構造および熱膨張特性が、加速度計における任意の位置及び該位置から１８０度の位置において同一である、
    ハングマス加速度計。
  17. 前記第１平行取付面および前記第３平行取付面は、前記第１横断面に存在する前記軸に関して同心の第１および第２環状面であり、かつ、
    前記第２平行取付面および前記第４平行取付面は、前記第２横断面に存在する前記軸に関して同心の第３および第４環状面である、
    請求項１６に記載のハングマス加速度計。
  18. 前記ハングマス加速度計は、さらに、
    周囲に置かれた第１の複数のボルトであり、前記ディスクを前記本体に対して取付けるために、前記コンプライアントディスクの第１スタック、前記本体、および、前記コンプライアントディスクの第２スタックを通って延びている、第１の複数のボルトと、
    内部の周りに置かれた第２の複数のボルトであり、前記ディスクを前記プルーフマスに対して取付けるために、前記コンプライアントディスクの第１スタック、前記本体、および、前記コンプライアントディスクの第２スタックを通って延びている、第２の複数のボルトと、
    を含む、請求項１６に記載のハングマス加速度計。
  19. 前記プルーフマスは、少なくとも０．０１ｋｇの質量を有し、
    測定された加速度は、温度勾配が１０ミリケルビン未満の環境において、１０マイクロｇ未満のバイアスおよび１０ｐｐｍ未満のスケールファクタ誤差を有する、
    請求項１６に記載のハングマス加速度計。
  20. 前記ハングマス加速度計は、さらに、
    前記交替駆動信号を生成する発振器と、
    前記軸に沿った前記プルーフマスの変位に比例した出力を提供するために、前記第１および第２センサヘッドからの前記交替駆動信号を比較するように構成されている第１電子回路と、
    前記プルーフマスの質量と前記第１および第２フレクシャアセンブリの剛性を知って、前記出力を測定された加速度へ変換するように構成されている第２電子回路と、
    を含む、請求項１６に記載のハングマス加速度計。
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