JPH0344561A - 加速度を決定する方法および装置 - 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、加速度センサの測定軸の方向の加速度を選択
的に測定する加速度センサを用いて、サブμｇ範囲の加
速度を非常に正確に決定する方法および装置に関するも
のである。

（従来の技術） 加速度センサで加速度を測定する場合には、測定確度と
、測定可能な最小加速度の値とは、なくすことができな
いセンサの残留偏向（オフセット）により決定される、
すなわち与えられる。加速度のない空間はないから、加
速度センサをそれの残留偏向について較正することはで
きない。一般に、加速度センサのオフセットは一定な部
分と、時間的に変化する低周波（疑似静的）部分とで構
成される。

低周波加速度、すなわち疑似静的加速度の測定において
は、主として「力により補償される」センサが用いられ
る。それらのセンサは、圧電−機械センサに類似する他
のセンサと比較して、零点が一定していること、および
自己誘導ノイズが少ないことを特徴とする。力により補
償される加速度センサの構造の概略を第１図に示す。こ
のセンサのケーシング２に試験質１１１が取付けられる
。

加速度がセンサに作用すると、試験質量１は測定軸３に
沿って偏向させられる。試験質量のこの動きは位置検出
器４により検出される。第１図は、コンデンサ５と６の
容量変化、したがって、それらのコンデンサに存在する
電圧の変化により試験質ｍ１の動きを決定する。各コン
デンサ５．６は静止極板と、試験質量１に設けられたそ
れぞれの極板とを有する。位置検出器４からの出力信号
は増幅器７で増幅される。増幅された信号（ここでは増
幅器７の出力電流■）は、試験質ｆｆ１１に取付けられ
ているコイル８を通じて流される。コイル８は磁石９の
磁界中に配置され、電流がコイルを流れると、試験質量
の動きに抗する動きが伝えられ、それにより試験質量１
はそれの零（立置へ戻される。したがって、センサに作
用する加速度の存在の下に試験質量１を動かす力は補償
され、補償するために必要な電流夏は加速度に対応する
。

残留偏向（オフセット）、すなわち、加速度が零の時の
幾何学的零点からの試験質量の偏向、はセンサのケーシ
ングの機械的な歪みと、経年変化と、振動と、センサ中
の設定現象とによりひき起こされる。更に、振動に起因
するセンサの内部リセット電子装置の検波誤差によって
も零点は影響される。最後に、オフセットは温度にも関
係する。

それら全ての要因は加速度センサ中になくすことができ
ないオフセットをひき起こす。そのオフセットの大きさ
は１０−’ｇである。ｇは重力の加速度を示す。このオ
フセットのために、約１０−”Ｈ２より低い周波数の加
速度を十分な確度で測定することはできない。

しかし、なくすことができないオフセットが、センサの
出力信号に影響を及ぼす唯一の誤差源ではない。オフセ
ット以外にも、センサのなくすことができないヒステリ
シス効果と、測定された加速度に依存する出力信号の非
直線性とによっても測定信号は歪ませられる。

多くノ場合に、１０−６ｇ（サブμｇの範囲）より小さ
い、すなわち、オフセット、ヒステリシスおよび出力信
号の非直線性により生じさせられる測定信号中の誤差よ
り小さい加速度を正確に決定する必要がある。

航空機の飛行、宇市およびミサイル技術（軌道中の残留
加速度、位置制御）、＋１′ＰＩｊｔ技術、建物および
橋梁建設、地震学および基礎物理研究、すなわち、いわ
ゆる第５の力についての研究、においては、たとえば１
０−６ｇより小さい加速度を正確に測定できる必要があ
る。測定する加速度がそのように小さいと、測定信号に
「ノイズが入っている」だけで、すなわち、高い震動数
の震動がセンサへ伝えられるだけで、加速度をセンサｂ
出力信号から直接読取ることができない。その震動はセ
ンサにより検出される加速度になり、したがって加速度
の希望の時間的変化を過大にする。

（発明がＡ’４決しようとする課題） 本発明の目的は、加速度センサの残留偏向より小さい加
速度を測定できるようにする上記のような方法と装置を
得ることである。

（課題を角ｑ決するための手段） 本発明にしたがって、測定軸の平面内のセンサの反対側
の２つの回転位置において測定される加速度値を連続し
て得ることにより、および測定した加速度値の時間的な
変化から加速度を計算することにより、その目的は達成
される。

希望の（測定）向きの加速度の測定中に、加速度センサ
は連続回転させられ、または１８０度の間欠的な段階で
回転させられる。後者の場合には、回転位置と比較して
長いそれぞれの２つの休止位置において測定が行われる
。この場合には、センサの出力信号は、変調された測定
信号（正弦波形または長方形波）と、ノイズ（測定すべ
き加速度より１０６倍までも強い）と、一定のまたは時
間的に変化するオフセット信号部分と、センサの非直線
性から生ずる信号部分と、センサの出力信号のヒステリ
シス効果による別の信号部分とヤ構成される。後者の１
１号部分は出力信号の周波数信号部分となる。測定すべ
き加速度は、そのように歪ませられたセンサ出力信号を
基にして決定される。

センサの回転により変調された出力（測定）信号は狭帯
域復調または広帯域復調される。前者の場合には、変調
された測定信号に長方形関数（基準信号）が乗ぜられる
。その基準信号の周波数は変調周波数（回転周波数）と
同じである。それから結果信号が積分される。ロックイ
ン法により、基準信号の周波数と基準信号の位相がセン
サの回転に同調させられて、零以外の積分信号の時間的
変化が得られるようにする。積分信号は最大値をむしろ
とる。この最大値は基準信号位相を希望の測定の向きに
同調させることにより得られる（ロックイン法）。さて
、加速度値は積分の時間的変化から直接述べることがで
きる。長方形周波数信号を測定信号に先に乗じた後で、
制定信号を積分することにより、（統計的に）白色ノイ
ズと、オフセットと、非直線性と、センサのヒステリシ
ス効果による信号の震動とが「平均化によりなくされる
」。

残されるものは、測定すべき加速度に比例する有用な信
号である一定の加速度ａと一定のオフセットを測定する
時には、上記信号処理の結果として、センサが連続回転
させられる場合には積分は値２ａに等しく、センサが（
８０度段階的に回転させられる場合には、積分はａに等
しい。したがって、加速度値は変調された信号の頂点で
ある。

測定信号の上記広帯域復調の他に、いわゆる狭帯域復調
の別の可能性がある。この場合には、変調されたセンサ
出力信号（有用な信号と妨害信号で構成された測定信号
）に長方形の基準信号を乗ぜられたものが周波数範囲へ
変換される（たとえば、ラプラス変換またはフーリエ変
換）。測定すべき加速度の決定が基準信号の周波数（回
転周波数）である信号部分を基にして行われる。この信
号部分は上記の妨害要因によってほとんど触れられない
。ノイズは高い周波数を有する。基準周波数であるそれ
の部分はほとんど零であるが、対象とする範囲内、すな
わち、１０−６ｇ以下の範囲内では少なくとも無視でき
る。このことは、オフセット変化の信号部分、ヒステリ
シス発振の信号部分、および基準周波数におけるセンサ
の非直線性の信号部分とに対してもそうである。したが
って、基準周波数における信号部分だけが測定すべき加
速度値を表す。

本発明に従って、センサの測定軸が加速度を７１ｐｔ定
すべき向きに関して、すなわち、測定すべき加速度ベク
サルに関して周期的に動かされる。そうするには、この
動きの周波数は、測定すべき加速度の周波数と比較して
高くなければならない、すなわち、加速度の変化と比較
して高くなければならない。測定すべき値の、たとえば
ロックイン技術による以後の処理により、オフセットと
妨害信号のない加速度と、それの周波数スペクトラムを
生ずる。研究室における試験においては、ＯＨｚから５
Ｘ１０−２Ｈｚの範囲内の周波数の加速度を、ノイズを
良く減少して、決定するためにこの測定原理を用いた。

用いたセンサの分解能の範囲、す６ なわち、１０　　ｇ、で、１０−”ｇのノイズレベルか
ら、および約２Ｘ１０−３ｇの残留偏向で、加速度信号
を絶対的に検出することが可能であった。

有利なことに、測定軸は２つの回転位置における加速度
の向きに整列させられる。測定軸を加速度の向きに延長
させることにより測定された値は最適である。その最適
な測定値は測定確度に有効な結果を有する。

有利なことに、平均化された加速度測定値を基にして加
速度が測定される。そうするために、各回転位置におい
ていくつかの測定が行われ、得た測定値を平均する。２
つの平均値が加速度の決定のための基準を形成する。こ
のようにして、所定期間中に存在する加速度の平均値を
得る。

本発明の発展に従って、センサを連続して回転させ、こ
の回転中に測定された加速度値を絶えず得て、このよう
にして得た測定曲線により加速度の値を決定することを
企てる。先に簡単に述べたように、センサを１８０度ず
つ段階的に駆動することもでき、１８０度の歩進後に占
めた回転位置においてセンサはドエルする。センサをひ
つくりかえして、センサの測定軸が、１度は測定の向き
を差し、１度は逆の向きを差すようにすることにより、
信号の処理がより簡単になるから有利である。しかし、
測定向きへのセンサの向きを知らなければならない。平
面内の加速度を決定するために、９０度離れている２個
のセンサで測定を行うこともできる。本発明の方法によ
って空間内の加速度を測定できるようにするために、回
転軸を互いに直交させて配置した３個のセンサを使用で
きる。検出した３つの加速度から、ハ１定すべき加速度
のベクトル（向きと大きさ）を決定できる。

本発明の方法により、水平に対する平面の位置、すなわ
ち、平面と水平の間の角度Ｘを簡単なやり方で決定でき
る。センサの測定軸は平面に平行に延びて、測定軸に対
して直角に延びている回転軸を中心としてセンサが回転
した時に、センサの出力端子に加速度関数が生ずるよう
にする。その加速度関数は、センサが連続的に回転する
時は振幅がｇｓｉｎ（ｘ）である正弦波形に対応し、セ
ンサがフリップされた時、すなわち、センサが１８０度
ステップで間欠的に回転させられる時−に、振幅がｇｓ
Ｉｎ（ｘ）である長方形波形に対応する。センサの回転
平面、すなわち、その中で測定軸が回転する平面、が水
平に対する角度Ｘで延長する。２つの回転位置において
センサにより供給される測定された加速度値ができるだ
け高いように、すなわち、それらの値が加速度関数の真
の頂点であるようにするために、前記信号処理の基準信
号発生において移相器が設けられる。その移相器により
基準信号の位相を加速度関数に対して変えることができ
る。前記信号処理の積分の結果は、位相が等しいときに
最大となり、加速度関数の振幅に対応する。したがって
、水平に対する平面の角度を計算できる。

測定軸の向きの加速度を選択的に測定する加速度センサ
を用０て加速度を、非常に正確に測定するための本発明
の装置には評価器が設けられる。

この装置においては、センサは、それの測定軸に対して
垂直に延びる回転軸を中心として回転させられる。そう
すると、センサは測定信号を連続して発生しくすなわち
、センサの回転により変調させられた測定信号を時間的
に変化させる）、評価器は少なくともセンサの１回転（
すなわち、３６０度の回転）中に測定信号の時間的変化
を基にして加速度の値を検出する。

有利なことに、センサの回転周波数をとるために選択で
きる周波数を有する周期的な基準信号を発生する基準信
号発生器が設けられる。センサの回転位置を検出する回
転検出器によって基準信号の周波数を設定することが好
ましい。それによりセンサの回転周波数を決定できる。

したがって、基準周波数は回転周波数に自動的に同一に
なる。

基準信号の位相とセンサの回転の位相の間の正確な関係
は、本発明の詳細な説明に関連して先に述べたようにし
て決定される。したがって、センサの測定軸が加速度測
定の向きに垂直である時に基準信号が零交差を有するよ
うに位相位置を変えることができる。基準信号は（周期
的な）信号であって、第１の半周期中のその基準信号の
時間的な変化は、第２の半周期中のその基準信号の時間
的な変化とは逆である。したがって、基準信号は零点を
中心とする振動（長方形、三角形、正弦その他）である
。

基準信号は値＋１と−１を交互にとる長方形の信号であ
ることが好ましい。センサの出力端子における測定信号
は基準信号とともに評価器へ送られ、その評価器におい
て２つの信号の相関によって向き選択性の加速度が決定
される。

センサは前後へ回すことができるから有利である。２つ
の回転位置において測定される加速度値だけを対象とす
るから、本発明のこの実施例においてセンサを前後に回
転できるならば、センサと評価器の間の電気的接続を簡
単なリードで行うことができる。このようにして、装置
の構造が簡単にされる。測定信号はセンサの休止位置に
おいてのみ記録される。したがって、回転中の信号は捨
てられる。したがって、オフセットをこえた長方形波が
得られる。その長方形波は連続回転のそれに類似するや
り方で評価される。

有利なことに、基準信号発生手段は、センサの予め設定
できる２つの回転位置を検出する検出器を含む。センサ
は各回転位置において１つの信号を発生する。その信号
が存在すると、基準信号発生器は基準信号を反転する。

検出器はたとえば回転角検出器とすることができる。本
発明の有利な実施例においては、センサを１１１０度ス
テップで回転させるステッピングモータを制御するため
に基準信号を使用できる。その回転位置に達したときに
発生される基中信号は、センサの出力端子に存在するδ
−１定信号を評価器へ送り、おそらく、遅延回路により
発生されるある遅延の後で、センサの回転駆動装置を駆
動する。

測定器を較正するため、または「真の」水平を決定する
ために、本発明の有利な実施例の装置には、センサがの
せられる回転台と、回転台と、この回転台を水平に対し
て傾けるための手段が設けられる。有利なことに、この
装置は、回転軸を中心として配置されるカーダン継手を
中心として旋回させることができる。相互に垂直な２本
の軸に沿って変位できる直線変位素子が傾斜手段に設け
られる。その直線変位素子は回転台へちょうつがいによ
り連結される。したがって、この装置は２軸直練炭位台
を有し、これにより回転台と水平の間の小さい傾斜角を
設定できる。この装置が直立していると、この装置はセ
ンサの測定軸の向きの重力による加速度の一部を発生す
る。それは後者により指示される。センサの回転平面が
水平に対して平行でないとすると、センサの出力信号は
回転中に平面の傾斜を保ちながら変化する。その理由は
、測定軸と「真の」水平との間で成す角度がセンサの回
転中に周期的に変化するからである。

１回転中はセンサの出力信号が一定に保たれるように、
回転台が傾斜させられた時だけ、センサは水平面内で回
転する。この場合には、センサにより供給される測定信
号はセンサのオフセットを表す。

数回転中にセンサの測定信号を取出すために、本発明の
有利な実施例の装置はスリップリングを有し、このスリ
ップリングを通じて電源回路と評価器がセンサへ電気的
に接続される。

（実施例） 第２図は加速度を非常に正確に決定する装置の構造を示
す略図である。この装置は、回転軸１２を中心として回
転できる円板形の回転台１０を有する。回転軸１２はベ
ース板１４に柩支される。

回転台１０を回転させるためにモータ１６が設けられる
。このモータの駆動軸１８に駆動ビニオン２０が取付け
られる。その駆動ピニオンは駆動ベルト２２を介して回
転軸１２と回転台１０を回転させる。

回転台１０に加速度センサ２４が取り付けられる。この
加速度センサは、たとえば第１図に示すような構造とす
ることができる。この加速度センサはそれの測定１Ｉｌ
１２６の向きの加速度を測定する。

回転台１０の回転位置を検出するために検出器２８が設
けられる。この検出器は発光素子２８ａと受光素子２８
ｂを有し″、それらの素子の間に回転台１０が配置され
る。回転台１０が回転した特に受光素子２８ｂが発光素
子２８ａからの光パルスを受け、受けた光パルスの数で
回転台１０の位置を決定できるように、回転台１０には
複数のスリットが設けられる。

センサ２４は制御線および電源線３０を介して１ｉＩＩ
ｇＩｌ・評価器３２へ接続される。制御・評価器３２は
線３４を介してモータ１６へも接続される。

図示を簡単にするために、モータ１６と、制御・評価器
３２と、センサ２４との電源は第２図には示していない
。

第２図に示す装置では、回転台１０は２つの反対側の回
゛転位置の間を往復させられる。すなわち、回転台１０
は矢印３６と３８で示されている２つの回転の向きに回
転できる。

矢印４０の向きの加速度（加速度ベクトルまたはそれの
成分）を決定するために、センサ２４のＡＦ１定輔２６
が加速度の向きに向けられる第１の回転位置に回転台１
０が動かされる。回転台１０のこの回転位置においては
、検出器２８は基準信号を発生する。この基準信号は制
御・評価器３２へ供給される。この制御・評価器はセン
サ２４の出力端子に現われた測定信号をまず保持して、
その測定信号を処理する。それから、回転台１０が矢印
３６の向きに動くようにモータ１６が回転させられる。

回転台１０が１８０度回転したことが検出器２８により
検出されると、検出器２８が発生した基準信号に応じて
モータ１６は停止する。回転台１０のこの回転α置にお
いてセンサ２４の出力端子に生じた測定信号が制御・評
価器３２へ供給される。そうすると、制御・評価器３２
はその測定信号と、センサ２４の第１の回転位置におい
て得られたＤＩ定信号とを基にして矢ｒＪ１４０の向き
の加速度、すなわち、加速度ベクトル４ｏの値を計算す
る。この第２の回転位置においては、センサ２４は測定
軸２６とは逆の向きの加速度を測定するが、矢印４０の
向きの加速度を表すＩＩＦＩ定値を供給する。次の測定
のために、モータ１６は逆の向きに回転する。すなわち
、回転台１ｏは第２の回転位置から矢印３８の向きに第
］の回転位置へ向かって回転する。

制御・評価器３２においては、２つの逆の回転位置にお
いて測定された２つの加速度値を基にして加速度が決定
される。前記したように、オフセット（残留偏向）と、
前もって決定できない未知の他の妨害信号とによって歪
ませられる。センサ２４の１８０度異転石２つの回転位
置において矢印４０の向きカ加速度を測定することによ
り、センサの測定軸２６の両方向の加速度をセンサは測
定する。したがって、センサ２４は、１つの回転位置に
おいてはオフセットと他の妨害信号だけ増大させられた
測定信号を供給し、他の回転位置においてはオフセット
とそれらの妨害信号だけ減少させられた測定信号を供給
する。したがって、測定に用いられる２つの回転位置に
おいてはセンサ２４の測定軸２６が加速度の向きに延長
しているから、測定された２つの値の差は矢印４０の向
きの加速度の２倍である。したがって、センサ２４の測
定信号の変調によりオフセットのない加速度が発生され
る。

回転台１０が連続して回転させられる場合に、センサ２
４の出力端子における１１Ｐ１定信号が時間との関係で
プロットされると、第３図の１番上に示すカーブが得ら
れる。しかし、この測定カーブはセンサの出力端子に生
ずる信号のコースは表さない。その理由は、第３図にお
いてはノイズ信号部分はプロットされていないからであ
る。また、測定信号に対する非直線性の影響とセンサの
ヒステリシスの影響はグラフで表すことが困難であるか
ら、それらも考慮していない。

回転台１０が、連続回転させられる時は、制御・評価器
３２および電源の間とセンサとの間の電気的接続はスリ
ップリングを介して行われる。これについては後で第９
図を参照して説明する。第３図の１番上にはサブμｇの
範囲の加速度を１１Ｐ１定するためのｉ１Ｍ定カーブが
示されている。残留偏向のためにセンサにより出力され
た加速度測定値ａ。。

「には、加速度が加えられている状態でのセンサの回転
により生じた正弦波測定カーブが！［させられる。セン
サ２４の回転運動の周期の接続時間がＴ　　により表さ
れている。それにより回転速ｅｒ 動の周波数ｆ　　が生ずる。時刻ｔ１とｔ２におりｅｒ いて得た測定値は、測定軸が加速度の向きに整列させら
れた時によりセンサによって供給される測定された加速
度値である。時刻ｔ　とｔ２においでは、センサ２４は
第２図に示されている回転位置、または１１１０度ずれ
た回転位置をそれぞれ保持する。センサの測定軸２６が
測定の向き４ｏに垂直である時は、センサ２４の出力信
号は、オフセットによりひき起された測定値に等しい。

第３図の１番上の図における、未知のａ。ｒｒの値だけ
減少させられた、時刻ｔ１における測定値は、測定の向
き４０における実際の加速度ａ　　の値を表ｒｅａ！ す。上のやり方では妨害ノイズ、ヒステリシスおよび非
直線性は含まれていないから、時刻１１におけるＪＦＪ
定値ａｒｅａｌ　、　　ｏｆｔ’はセンサの出力信号値
ではない。

センサ２４の回転中に連続して測定された測定カーブに
よる測定値の処理は、いゎやるロックイン技術によって
行われる。制御・評価器３２内の基準回路が基準信号を
発生する。この基準信号の周波数は回転台の回転数の周
波数に自動的に設定される。測定の向き４ｏに作用する
加速度成分の導入のために、測定カーブに対する基準信
号の位相のずれは零である。この基準信号の時間的な変
化が第３図の中間の図で示されている。ロックイン法で
処理された変調された（正弦）測定カーブにおいては、
基準信号と測定カーブが同じ周波数で、両者間に位相の
ずれがなければ、測定信号に基準信号を乗することによ
り第３図の下の図に示されている結果信号が得られる。

基準信号の周波数が他の周波数の場合には結果信号は零
になる。

第３図に示す場合には、第３図の下の図の信号コースは
、測定信号を長方形信号に乗することにより得られる。

この信号コースの平均値は積分により決定されるもので
あって、測定の向きに決定される加速度値ａ　　に対応
する。

ｅａ　１ 第４〜８図はセンサ２４の測定信号のデジタル処理の種
々の段階を示す。プロットされた信号コースについては
第３図についての説明を参照する。

センサ２４は　１８０度ステップで回転させられる。

センサ２４は２つの測定位置でドエルする。それらの測
定位置においては、回転運動の周期Ｔｒａｇ’の半分の
間、センサ２４の測定軸２６は加速度４０の向きに延長
する。このようにして第４図に示す測定信号の変化が行
われる。第４図において、”ｏｆｆはオフセットの結果
としてのレベルを示し、ａ＋はｉＰ１定軸二軸２６つの
（正の）向きにおける加速度の測定の測定値を示し、ａ
−は測定軸２６の他の（負の）向き、すなわち、センサ
２４が１８０度回転した後の向きの加速度の測定値を示
す。

第５のデジタル測定値変化はこのアナログ測定値の変化
に対応するもので、アナログ測定信号を周波数ｆ　で標
本化したものである。センサ２４がそれの２つの回転位
置に停止している時間中にセンサの測定値の平均値を求
めた後で、回転運動の周期の半分に時間中に第６図に示
されている測定値を得る。第３図の中間の図に示す長方
形信号を「半周期ごとに平均をとられた」信号コースに
乗じ、その積を積分した後で、回転運動の１周期ごとに
第７図の値ａ　　が得られる。それらの値ｅａｌ ａｒｅａｌをｍ周期にわたって平均化することにより第
８図の値ａ　　が得られる。

ｅａ　Ｉ 第４〜８図に示すデジタル信号処理は、制御・評価器３
２の評価部分の回路の実現の面でとくに有利である。

第９図はサブμｇ範囲における絶対加速度−一１定用の
）Ｆｌ定およびシュミレーション装置の構造を示す切欠
き図である。この装置で、加速度センサの校正と、「実
際の」水平の検出とを行うことができる。この装置は、
ベース板４２と、このベース板の上に支持された垂直支
持体４４と、垂直支持体４４の上端部を連結する水平指
示体４６とで構成された構造を有する。水平指示体４６
の内部にジンバル取付は機構４８が納められ有利である
。

第９図はサブμｇ範囲における絶対加速度１ｌＰ１定用
の測定およびシュミレーション装置の構造を示す切欠き
図である。この装置で、加速度センサの較正と、「実際
の」水平の検出とを行うことができる。この装置は、ベ
ース板４２と、このベース板の上に支持された垂直支持
体４４と、垂直支持体４４の上端部を連結する水平指示
体４６とで構成された構造を有する。水平指示体４６の
内部にジンバル取付は機構４８が納められ、そのジンバ
ル取り付は機構から構造体５０がつり下げられる。

この構造体内に回転体５２が回ることかできるようにし
て取付けられる。回転体５２は測定センサ用の指示台を
構成する。回転体５２は円筒形状であって、それの垂直
方向に延長する長芋軸５４を中心として回転できる。回
転体５２の自由な前面に測定センサ５６が取付けられる
。回センサの測定軸５８が回転軸５４に対して垂直に伸
びる回転体５２の周面部にスリップリングは測定センサ
５６と評価器および電源とを電気的に接続する。構造体
５０の棒５１が、回転体５２が回転した時にスリップリ
ング６０に接触するワイパ６２を有する。

更に、構造体５０には駆動モータ６４が設けられる。そ
のモータの駆動軸に駆動ローラー６６が取付けられる。

モータ６４の回転運動は、駆動ローラ６６と回転体５２
の周囲を案内される駆動ベルト６８を介して回転体５２
へ伝えられる。さらに、スロットが設けられて、回転体
５２を囲むリング７０が設けられる。このリングは回転
体５２の回転位置を光検出器７２により検出する。光検
出器７２は発光素子７２ａと受光素子７２ｂで溝底され
る。

構造体５０の端部のうちジンバル取付は機構４８とは反
対側の端部に端部７４が設けられる。回転体５２はその
端部７４内に支持される。端部７４にピン７６が取付け
られる。そのピンの幾何学的な軸が回転軸５４に一致す
る。

２軸直線移動台７８（いわゆる２軸直線移動）がベース
板４２に取付けられる。この移動台は（圧電−機械）駆
動機構（図示せず）を有する。

移動台７８は２枚の平行板８０，８２で構成される。各
板、互いに直交するそれぞれの軸線に沿って移動できる
。上の板にはコレット８４が取付けられる。このコレッ
トは端部７４のピン７６を受ける。コレットはそれへち
ょうつがいで取付けられる。ピン７６は２本の調節ねじ
８６の間に調節可能に留められる。２軸移動台７８を移
動させる時は、構造体５０はジンバル取付は機構４８を
中心として回される。

回転体５２の回転軸５４が垂直に対して鋭角を成して延
長するように、構造体５ｏは移動台７８の助けによりね
じることができる回転軸５４が垂直方向と成す角度でセ
ンサの測定軸５８が水平方向に延長するように、構造体
５０のねじれはセンサ５６の傾斜に対応する。センサ５
６をわずかに傾けるだけで、約１０−７ｇの重力による
加速度の部分をセンサの測定軸５８の向きに発生できる
。

ｇは重力の加速度である。したがって、第９図の装置は
、第３〜８図を参照して説明した方法により検出できる
サブμｇの範囲の加速度を発生すなわちシュミレートす
る。

第１０図は、傾斜したセンサ５０に作用する加速度ベク
トルを示す線図である。測定センサ５６の回転面が、線
８６により表されている（実際の）水平面に対して角度
Ｘだけ傾けられている。測定軸５８と水平８６が角度Ｘ
を成すセンサ５６の２つの回転位置においては、加速度
ｇｓ［ｎ（ｘ）が測定軸５８の向きにセンサ５６に作用
する。したがって、測定センサに対して垂直方向に作用
する重力の加速度ｇは、測定軸５８に対して垂直に作用
する加速度ｇｃｏｓ（ｘ）と、測定軸５８の方向に作用
する加速度ｇｓｌｎ（ｘ）とに分割される。

第９図の装置では、センサの回転による／ｌＰｊ定信号
の変調と、本発明の方法を用いる、第３〜８図に示すよ
うに、δヤ１定された値の処理とにより測定されるサブ
μｇの範囲の加速度をセンサ５６は受ける。研究所にお
ける試験により、残留偏向によりひき起される加速度セ
ンサのｍ定誤差よりかなり小さい加速度をこの方法で検
出できることが判明している。オフセットが１０−”ｇ
の場合に、１０−６ｇの加速度を測定できた。したがっ
て、本発明の方法により、測定可能な最小の加速度値が
残留偏向要因または妨害要因により与えられず、それよ
りも小さいように、オフセットと妨害を補償した加速度
の疑似静的決定を行えるようにするものである。

移動台７８を移動させることにより、センサ５６の回転
中にセンサの出力信号が一定であるように角度Ｘが定め
られたとすると、測定軸５８の向きには加速度がセンサ
に測定軸５８の向きには加速度がセンサに作用すること
がない、すなわち、水平に平行な平面内で測定軸５８が
回転する。センサ５６へ結合され、測定軸５８に平行で
、かつ回転軸５４に垂直な方向に延長する表面が「実際
の」水平を表す。Ｉ、たがって、センサ５６の測定値出
力はオフセットにより生じさせられるセンサ５６の出力
信号である。他の妨害信号部分と一部に、この出力信号
は上記信号処理によりなくされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加速度センサの構造の略図、第２図は加速度を
非常に正確に決定する装置を示し、第３図は測定信号の
処理を示す時間図、第４〜８図は測定値のデジタル処理
の個々のステップであり、第９図はサブμｇ範囲内の加
速度を発生する装置を示す一部切欠き図、第１０図は第
９図の装置で得られる加速度ベクトルを示す。 １０・・・回転台、２４．５６・・・加速度センサ、２
８．７２・・・光検出器、２８ａ、７２ａ・・・発生素
子、２８ｂ、７２ｂ・・・受光素子、３２・・・制御・
評価器、５２・・・回転体、７８・・・２軸移動台、８
０．８２・・・平行板。 プアー・アラニン デー５０６２、 ０ デー５０４２、 フォルシュバッハ、 イン・ エルフトシュタット、 アウ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）加速度センサ（２４、５６）の測定軸（２６、５
   ８）の平面内での加速度センサの２つの反対側の回転位
   置において測定された加速度値を連続して得、かつ測定
   された加速度値の時間的な変化から加速度を決定するこ
   とを特徴とする、加速度センサ（２４、５６）の測定軸
   （２６、５８）の向きの加速度を選択的に測定する加速
   度センサ（２４、５６）を用いて加速度を決定する方法
   。 （２）請求項１記載の方法において、センサ（２４、５
   ６）の測定軸（２６、５８）を測定方向（４０）に整列
   させることを特徴とする方法。 （３）請求項２または３記載の方法において、センサ（
   ２４、５６）を連続回転させ、この回転中に加速度を連
   続的に測定することを特徴とする方法。 （４）請求項１〜３の１つに記載の方法において、前記
   センサ（２４、５６）を１８０度のそれぞれのステップ
   で回転させ、センサは、回転期間の半分だけ、２つの反
   対側の回転位置においてそれぞれドエルすることを特徴
   とする方法。 （５）請求項１〜４の１つに記載の方法において、少な
   くとも１回転中に前記センサ（２４、５６）により出力
   される測定信号の時間的な変化を基にして加速度の値を
   決定することを特徴とする方法。 （８）請求項５に記載の方法において、センサの各回転
   に対して、第１の期間半分または第２の期間半分の間に
   得た測定信号を反転し、このようにして得た信号のコー
   スを積分し、その積分の時間的な変化から加速度を得る
   ことを特徴とする方法。 （７）請求項６に記載の方法において、センサ（２４、
   ５６）の１回転中の積分の時間的な変化の相対的な極値
   により加速度の値を決定することを特徴とする方法。 （８）請求項６に記載の方法において、センサ（２４、
   ５６）の測定値信号を周波数範囲へ変換し、加速度の値
   を決定するために、前記センサ（２４、５６）が回転す
   る周波数における信号部分だけを選択することを特徴と
   する方法。 （９）請求項１〜８の１つに記載の方法において、セン
   サ（２４、５６）を傾斜させ、それの測定軸（２６、５
   ８）を水平（８６）に対して角度（ｘ）で延長させ、２
   つの回転位置において得た加速度の値が等しいように、
   センサ（２４、５６）の傾斜を変えることを特徴とする
   方法。 （１０）請求項９に記載の方法において、それらの位置
   をＸの２つの回転位置として選択し、それらの回転位置
   においては、センサ（２４、５６）の設定された傾斜で
   は、それの測定軸と水平（８６）はそれぞれの最大角度
   （ｘ）を一緒に成すことを特徴とする方法。（１１）セ
   ンサ（２４、５６）の測定軸（２６、５８）に沿う加速
   度を選択的に測定する加速度センサ（２４、５６）と、
   センサ（２４、５６）から測定信号を受けて、それから
   加速度を決定する評価器（３２）とを備え、請求項１〜
   １０の１つに記載の方法を実施する装置において、 センサ（２４、５６）の測定軸（２６、５８）に対して
   垂直に延長する回転軸の周囲をセンサ（２４、５６）が
   回転でき、 センサ（２４、５６）は回転中に測定信号を連続的に供
   給し、 前記センサ（２４、５６）の少なくとも１回転中に測定
   信号の時間的な変化を基にして、評価器（３２）におい
   て加速度の値を決定できることを特徴とする加速度を非
   常に正確に決定する装置。 （１２）請求項１１記載の方法において、センサ（２４
   、５６）は２つの回転方向（３６、３８）に回転できる
   ことを特徴とする方法。 （１３）請求項１１または１２に記載の方法において、
   周期的な基準信号を発生する基準信号発生器（２８、７
   ２）が設けられ、その基準信号の周波数はセンサ（２４
   、５６）の回転周波数と同じに選択できることを特徴と
   する方法。 （１４）請求項１２に記載の方法において、基準信号は
   、値＋１と−１を交互にとる長方形信号であり、評価器
   （３２）においてその基準信号にセンサ（２４、５６）
   の測定信号を乗ずることができることを特徴とする方法
   。 （１５）請求項１３または１４に記載の方法において、
   センサ（２４、５６）の測定軸が加速度測定方向へ垂直
   に延びるたびに基準信号が零交差するように、センサ（
   ２４、５６）の回転に対する前記基準信号の位相は可変
   であることを特徴とする方法。 （１６）請求項１３〜１５の１つに記載の方法において
   、前記センサ（２４、５６）の回転位置を検出し、基準
   信号の零交差をプリセットするために検出器が設けられ
   ることを特徴とする方法。 （１７）請求項１１〜１６の１つに記載の方法において
   、センサ（２４、５６）をステッピングモータにより　
   １８０度きざみで間欠的に駆動でき、センサ（２４、５
   ６）は、それぞれとった回転位置においてそれの回転期
   間の半分の間ドエルすることを特徴とする方法。 （１８）請求項１１〜１７の１つに記載の方法において
   、センサは回転可能なホルダ（５２）の上に設けられ、
   このホルダ（５２）を水平（８６）に対して傾斜させる
   装置（７８）が設けられることを特徴とする方法。 （１９）請求項１８に記載の方法において、ホルダ（５
   ２）はカードン継手（４８）を中心として旋回でき、そ
   のカードン継手を通って回転軸（５４）は延長し、ホル
   ダ（５２）を傾斜させる装置（７４）は、２本の平行軸
   に沿って移動できるプレート（８０）を有し、そのプレ
   ートは回転ホルダ（５２）とちょうつがいで連結される
   関係にあることを特徴とする方法。 （２０）請求項８〜１４の１つに記載の方法において、
   スリップリング（６０）が設けられ、このスリップリン
   グを介してセンサ（５６）の測定信号が取出され、かつ
   そのスリップリングを介してセンサ（５６）へエネルギ
   ーが供給されることを特徴とする方法。