JPH03158762A - 物理的量を測定するセンサー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧力や加速度等の物理的量を測定するセンサー
装置に関する。

〔従来の技術］ この種のセンサー装置は自動車の分野において公知であ
り、車輌にかかった加速度を測定して成るパラメーター
に変換する車輌の加速度計に利用されている。

通常これらの加速度計は支持体に片持梁状に取付けられ
、かつその自由端部に質量体を保持した支持部材を備え
る。加速度の作用を受けると質量体は振動して支持部材
を歪ませる。この歪を好ましくは支持部材の両側に配置
した歪計等の１つ以上のセンサーで記録し、振動数変化
の形にした情報を電気回路に送り、該電気回路で送られ
て来た情報を処理する。

第４図に示すように、電気回路で得た出力信号の函数と
しての車輌が受けた加速度を表す曲線は通常直線状であ
る。換言すると質量体支持部材の歪（従って出力信号）
の大きさは該支持部材が受けた加速度に正比例する。し
かし第５図から判るように、加速度と出力信号間のこの
相対性は高振動領域では期待できない。第５図の実線で
表した曲線は、一定の加速度について質量体支持部材の
振動数増加に対する出力信号の変化を示す。曲線の始め
の部分は一定の出力信号に相当して略水平であるが、曲
線の残りの部分は出力信号が激しく変化するので、殊に
支持部材の共振振動数に相当する振動数ｆ０の位置では
異状である。従って信頌性がありかつ正確な測定をする
ためには共振振動数ｆ０に相当するピークを抑圧するこ
とのできる減衰装置付きの加速度計を堤供することが望
ましい。その結果、そのような減衰装置を有する多くの
加速度計が提案されている。

特許出願Ｗ　Ｏ−Ａ　−８７１０６３４７号に開示され
ているようにフーコー電流（渦電流）を使用した減衰装
置は公知である。この装置は可撓性ブレードを備え、該
ブレードの自由端部には質量体を構成するフーコー電流
用ディスクが取付けられていて、このブレードの振動減
衰は反対方向に同一の極性を有する２つの磁石によって
減衰される。しかしこの装置は高価でかつ製造工程が複
雑である。

この装置が効果を発揮するためには、サマリウム　コバ
ルトのようにＢＸＨの高い材料で磁石を作らねばならな
い。またこの型の装置では間隙を極めて小さくせねばな
らず、このため無塵状態での極めて精密な組立てを必要
とする。

又、公知の特許ＵＳ−Ａ−４７５１８４９号に開示の加
速度計では、質量体及び該質量体を支持するビームとが
密閉状にシールしたケース内に収容され、該ケースは真
空状態に或いは不活性ガスが充填されている。しかしこ
の加速度計は質量体の振動を減衰させる装置を備えてい
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、物理的量を測定するセンサー装置、殊
に上記物理的量の作用によって歪を生ずるビームの振動
を効果的に減衰させる減衰装置を備えた加速度計を提供
して、極めて短い時間間隔内でしかも温度に無関係に、
実在し得る振動以上の振動数の信頼性がありかつ精確な
測定を行なうことである。

（課題を解決するための手段］ 上記の目的は本発明によれば、減衰装置を有して物理的
量を測定するセンサー装置であって、上記センサー装置
は支持体と、該支持体に設けられて上記の物理的量の作
用を受けて歪を生ずる少なくとも１つの細長い要素と、
該歪を生ずる要素に結合された質量体と、該質量体と少
なくとも上記歪を生ずる要素の１部を取囲んだカバーと
を備えたものにおいて、上記カバーは支持体に取付けら
れ、また歪を生ずる要素には該要素の歪量を測定するよ
うに測定装置が設けられ、上記カバーは一方では上記質
量体の周りに２つの流体室を画定すると共に夫々の流体
室の容積は歪を生ずる要素の変形中に等しい容積だけ反
対方向に変化し、他方では２つの流体室を連通ずる少な
くとも１つの流通路を備えて一方の流体室から他方の流
体室に流体が流れるのに抵抗するように形成したことを
特徴とする減衰装置を有して物理的量を測定するセンサ
ー装置によって達成される。

添付図面を参照した適宜実施例についての以下の記載を
読めば、本発明はよく理解されるであろう。

〔実施例〕

本発明にかかる物理的量を測定するセンサー装置は例え
ば加速度、力、圧力等の測定に用いられる。この記載の
第１の部分は加速度計について、また第２の部分は圧力
測定用センサーについて述べられている。

周知のように加速度計は、支持体１と、加速度を受けて
歪を生ずる要素即ち本文ではビーム２と、該ビーム２に
取付けたｔ量体３とを備える。第１図の実施例では、ビ
ーム２は支持体１に片持梁状に取付けられ、′を量体３
は略円柱状に形成されかつビーム２の自由端部に取付け
られている。尚、支持体１にビーム２の両端部を取付け
かつビーム２の中央部に質量体３を取付けてもよい。

また１つのビーム２を支持体１に固着した２つ以上のビ
ームに置換え、各ビームを上下に平行に配置しかつそれ
らの自由端部に質量体３を取付けることもできる。この
ようにすると質量体をその長手軸線の方向に移動できし
かし長手軸線に直角な方向の移動を制限して各ビームに
取付けた測定装置４を保護することができる。

加速度の作用を受けると、質量体３は第１図において上
方に向けてまたは下方に向けて移動して、該質量体３を
取付けたビーム２にひずみを生ずる。

上記のひずみをビーム２の両側に設けた例えばダブル音
叉形の２つの水晶共振器からなる測定装置４によって検
出する。２つの水晶共振器は支持体１に直接設けた電気
回路５に接続されている。この共振器は公知の方法で共
振回路に接続され、該共振回路の共振振動数はビーム２
のひずみに起因した共振振動数のひずみの函数として変
化する。

共振回路から送られた信号を電気回路５で処理、分析す
る。電気回路５はビーム２のひずみ即ち質量体３が受け
た加速度の函数としての変動振動数の信号を出す。尚、
これらの水晶共振器を歪ゲージ等のその他の測定装置に
置換えることができる。

ビーム２の共振器４が設けられている場所の上下両側に
は溝４ｂに面した広い面が形成されていて、ビーム２の
両面間の部分４ｂはビームの他の部分よりも厚さが小さ
い。

ビーム２の振動を減衰させるために、一方では質量体３
の外面とカバーの内面との間に２つの流体室７Ａ、７Ｂ
が画定され、他方では上記２つの流体室７Ａ、７Ｂ間を
連通して１方の流体室から他方の流体室に流体が流れる
のに抵抗する流通路８が画定されるように質量体の周り
にカバー６を配設する。

より詳しく述べると、質量体は２つの半割り質量体３Ａ
、３Ｂで形成され、該２つの半割り質量体はビーム２に
略直角な２つの半割り質量体の回転軸線Ｘ−Ｘに沿って
配置されたピン９によって該半割り質量体の夫々の面が
ビーム２の自由端部に取付けられている。夫々の半割り
質量体は、ビームに取付けられた円柱状本体１０とカバ
ーの対応部分で囲まれたテーパ一部分１１とを有して１
体物に形成されている。尚、質量体３は２つ以上の部品
で或いは球等の別個の形で形成することもできる。

カバー６は好ましくは円筒状の外面を備え、その下部に
はカバー６を支持体１に取付けるための取付は手段が設
けられている。この取付は手段は支持体１の穴１３ａ内
にねじＩ３によって固定したスタッド１２を備え、咳ね
じ１３は支持部材支持体１の孔１３ｂに螺合されている
。カバー６は別の取付は手段及び該カバーの周縁の別の
部分で支持部材１に取付けてもよい。

カバー６はハウジング１４を画定し、このハウジング１
４内に質量体３とビーム２の一部が収容される。ハウジ
ング１４の内側形状は質量体３の形状に対して補完状で
ある。即ちハウジング１４は円筒状の中間部１４ａとテ
ーパーの付いた端部１４ｂ、１４Ｃとを備える。従って
カバーの内側と切頭円錐形の回転角と各半割り質量体の
切頭円錐形の回転角とは路間−である。上記の補完性形
状により、部品の組付は時に、カバーを半割り質量体即
ち該半割りｉｆｆ体の回転軸線Ｘ−Ｘに対して中心合わ
せすることが容易である。

カバー６にはビーム２を通すための開口１５が設けられ
ている。

本発明の有益な特徴によれば、組付けを容易にするため
にカバー６は略カバーの半割り体に相当する２つの容器
部６Ａ、６Ｂからなり、夫々の容器部６Ａ、６Ｂは補完
状形状の結合部１６を備える。これらの結合部１６は補
完状形状のカラーを備え、結合部１６を組重ねることに
よって２つの容器部６Ａ、６Ｂを組付けることができる
。同様に組付けを容易にするために、容器部６Ａ、６Ｂ
のうちの一方には栓１８で閉塞されるピン９の挿入用間
口１７が設けられている。

このようにカバー６が２つの部品で出来ている時には、
容器部６Ａ、６Ｂのうちの少なくとも１つに切欠を設け
て、ビーム２を挿通ずるための開口１５を形成する。

夫々の容器部６Ａ、６Ｂの軸線Ｘ−Ｘに直交したカバー
６の内端面には、ビーム２が２つの方向（上下方向）に
変位した時の質量体３に備えて当接部１９ａと１９ｂが
形成されている。

カバー６を合成材料で、質量体３をアルミニウムで作り
、また可撓性部材即ちビーム２を測定装置４と同一の膨
張係数を有する材料、例えばＮｉとＣｒを含んだ鋼で作
ることが好ましい。

以下に本発明のセンサーの作動を説明する。

カバー６に開口１５が形成されているので、質量体３と
カバー６間に含まれる流体はセンサーの周囲の流体と同
種類であることが好ましい。従って大ていの場合大気が
この流体となる。また空気はオイル等の他の流体と比べ
て温度変化に対して蟲かに鈍感でありまた粘性変化も小
さい。しかしビームがカバーを貫通する部分に開口Ｉ５
を閉塞するシーリング装置を設け、カバーを貫通しビー
ムの閉塞開口があるにも拘らずビームが振動できるよう
にし、カバー内に辛気以外の気体を充填することも可能
である。

カバー６で画定されたハウジング１４の高さは、流体を
充填した２つの流体室７Ａ、７Ｂを画定する、半割り質
量体３Ａ、３Ｂ及びビーム２の合計高さよりも若干大き
い。

本実施例のように一部分にテーパーが付けられている場
合に、「流体室」とは各半割り容器部６Ａ、６Ｂの底部
及びテーパ一部と各半割り質量体３Ａ、３Ｂの端面及び
テーパー面との間に囲われた容積部分を云い、また「流
通路８」とは容器部６Ａ、６Ｂの円筒状内面と半割り質
量体３Ａ。

３Ｂの円柱状外面との間に囲われた容積部分を云つ。

質量体３が上方に移動すると、成る量の流体が抜取られ
て流通路８を通して下部流体室７Ｂに送られる。この流
体の循環は質量体が逆方向に移動すると逆になる。流体
室容積は互いに反対に同一容積の変化をする。従って夫
々の流体室の流体の量は等しい容積だけ反対方向に変化
する。

第２図に示すように流体室７Ａと７Ｂとを連通ずる流通
路８は質量体３の周囲に設けられ、この実施例では環状
である。流通路８０幅りは０．０５〜０、１鴎、好まし
くは０．０８ｍｎ１程度である（図は膨張して示されて
いる）、尚、複数の他の流通路を例えば各半割り質量体
に垂直方向の溝孔を穿孔して、各溝孔を流体室７Ａ、７
Ｂの上下面に開口させてもよい。

各半割り質量体３Ａ、３Ｂの端面及びテーパー面と各半
割り容器６Ａ、６Ｂの底面及びテーパー面間の距離りは
、各流体室？Ａ、７Ｂが掻く僅かの流体を含むものなの
で極めて微小である。上記の流体が空気の場合、各流体
室に小さな空気クツションがあたえられる。このごとに
よって流体室７Ａ、７Ｂが大形の場合に到底得られない
減衰効果が得られる。しかし流体室７Ａ、７Ｂの上記距
離りが大き過ぎるとカバー６が無いに等しい状態になる
。その結果減衰は得られない。流体室７Ａ。

７Ｂの上記路ＨＤは流通路８の幅Ｌ（本実施例では０．
０５〜０．　ｌ　ｒｕｍ　）に近似している。

本発明のセンサー装置について数種のテストを行なった
。それによって得られた線図の１例を第５図に示す。

前述したように第５図は振動数を函数として電気回路で
得た出力信号を示す。減衰がないか或いは減衰が殆んど
ない場合に得られた結果を示す実線の曲線と、本発明の
減衰装置を有するセンサーによって得られた破線の曲線
とを比較すると、本発明の装置によって共振振動数のピ
ークが消滅することが判る。破線の曲線はηが０．６の
望ましい減衰が得られたことを示す。上記のテストでは
９．５ｇのアルミニウム製の質量体３を使用し、約１ｇ
の加速度がかけられたものである。

又破線（細線）は０からｆｏの略矩形の領域が画定され
、この領域内では振動を殆んど誤差なしに測定をするこ
とができる。

第３図に示すように、前述したのと同一条件でテストを
行なった場合に時定数は３ｍｓであり、１５ｍ５後にビ
ームは元の位置に戻るので次の測定が可能であることを
示している。

本実施例の変形態様によれば、圧力センサーを提供する
のに上述した加速度計を極めて簡単に適用することがで
きる。

このために、例えば圧力変化によって可動でかつ質量体
３に直接作用する要素を含んだ圧力センサーを使用する
ことが考えられる。このような要素は、ピン挿入用開口
１７に挿通した１つのステムで形成し、該ステムの上端
に、圧力変化を受けるベローズを接触させる。その後こ
のステムが軸線方向に移動可能な状態にしてピン挿入用
開口１７をシールする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるセンサー装置の縦断面図、第２
図は第１図の■−■線についての横断面図、第３図はｌ
ｌｌ５で表した時間の函数としてｇで表した加速度を示
す線図、第４図はボルトで表した出力信号の函数として
ｍｓ−”で表した加速度を示す線図、第５図はヘルツで
表した振動数の函数として所定の加速度に対するボルト
で表した出力信号を示す線図である。 ｌ・・・支持体、　　　　　　　　２・・・ビーム、３
・・・質量体、　３Ａ、３Ｂ・・・半割り質量体、４・
・・測定装置、　　　　　　５・・・電気回路、６・・
・カバー　　　６Ａ、６Ｂ・・・容器部、７Ａ、７Ｂ・
・・流体室、　　　８・・・流通路、９・・・ピン、　
　　　１３・・・取付手段（ねじ）、１５・・・開口、
　　　１７・・・ピン挿入用開口、１８・・・栓、　　
　１９Ａ、１９Ｂ・・・当接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、減衰装置を有して物理的量を測定するセンサー装置
   であって、上記センサー装置は支持体（１）と、該支持
   体に設けられて上記の物理的量の作用を受けて歪を生ず
   る少なくとも１つの細長い要素と、該歪を生ずる要素に
   結合された質量体（３）と、該質量体と少なくとも上記
   歪を生ずる要素の１部を取囲んだカバー（６）とを備え
   たものにおいて、上記カバー（６）は支持体（１）に取
   付けられ、また歪を生ずる要素には該要素の歪量を測定
   するように測定装置（４）が設けられ、上記カバー（６
   ）は一方では上記質量体（３）の周りに２つの流体室（
   ７Ａ、７Ｂ）を画定すると共に夫々の流体室の容積は歪
   を生ずる要素の変形中に等しい容積だけ反対方向に変化
   し、他方では２つの流体室（７Ａ、７Ｂ）を連通する少
   なくとも１つの流通路（８）を備えて一方の流体室から
   他方の流体室に流体が流れるのに抵抗するように形成し
   たことを特徴とする減衰装置を有して物理的量を測定す
   るセンサー装置。 ２、上記２つの流体室（７Ａ、７Ｂ）を連通する流通路
   （８）は質量体（３）の外面とカバー（６）の内面間に
   環状に形成された請求項１に記載のセンサー装置。 ３、上記カバー（６）には上記質量体（３）に当接する
   当接部（１９ａ、１９ｂ）が設けられた請求項１に記載
   のセンサー装置。 ４、上記流体が空気である請求項１に記載のセンサー装
   置。 ５、上記歪を生ずる要素がビーム（２）であり、又上記
   質量体（３）は該ビーム（２）の両側に取付けた少なく
   とも２つの半割り質量体（３Ａ、３Ｂ）で形成された請
   求項１に記載のセンサー装置。 ６、夫々の流体室（７Ａ、７Ｂ）の内面は対応した質量
   体（３）の部分に対して補完状に形成された請求項１に
   記載のセンサー装置。 ７、上記質量体（３）は歪を生ずる要素の長手軸線に対
   して略直角な回転軸線（Ｘ−Ｘ）を備え、各流体室（７
   Ａ、７Ｂ）とそれに対応した質量体（３）の夫々の補完
   面の部分は質量体（３）の回転軸線（Ｘ−Ｘ）と共軸で
   あり、かつ該回転軸線の中心面を形成した請求項６に記
   載のセンサー装置。 ８、上記中心面にはテーパーが付けられている請求項７
   に記載のセンサー装置。 ９、２つの半割り質量体（３Ａ、３Ｂ）は、上記ビーム
   （２）に対して略直交状に上記半割り質量体（３Ａ、３
   Ｂ）を貫通する少なくとも１つのピン（９）によって上
   記ビーム（２）に取付けられた請求項５に記載のセンサ
   ー装置。 １０、カバー（６）は縁部を当接させて互いに結合され
   る２つの容器部（６Ａ、６Ｂ）で形成され、又少なくと
   も一方の容器は該容器を上記支持体（１）に取付ける取
   付手段（１３）を備えた請求項１に記載のセンサー装置
   。 １１、カバー（６）は、上記歪を生ずる要素を挿通する
   ための少なくとも１つの開口（１５）を備えた請求項１
   に記載のセンサー装置。 １２、カバー（６）はピン（９）を挿入するための少な
   くとも１つのピン挿入用開口（１７）を備えた請求項９
   に記載のセンサー装置。 １３、上記ピン挿入用開口（１７）は栓（１８）で塞が
   れた請求項１２に記載のセンサー装置。 １４、歪を生ずる要素は支持体（１）に片持梁状に設け
   たビーム（２）であり、また質量体（３）は上記ビーム
   （２）の略自由端部に設けられた請求項１に記載のセン
   サー装置。 １５、カバー（６）は合成材料で作られた請求項１に記
   載のセンサー装置。 １６、質量体（３）はアルミニウム製である請求項１に
   記載のセンサー装置。 １７、歪を生ずる要素はニッケル・クローム鋼で作られ
   た請求項１に記載のセンサー装置。 １８、歪を生ずる要素に設けた測定装置（４）は、上記
   歪を生ずる要素の両側に設けた２つのダブル音叉形の水
   晶共振器を含んだ請求項１に記載のセンサー装置。 １９、電気回路（５）が支持体（１）上に設けられると
   共に測定装置（４）に接続された請求項１に記載のセン
   サー装置。