JPH03503932A - Accelerometer - Google Patents

Accelerometer

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JPH03503932A
JPH03503932A JP50513489A JP50513489A JPH03503932A JP H03503932 A JPH03503932 A JP H03503932A JP 50513489 A JP50513489 A JP 50513489A JP 50513489 A JP50513489 A JP 50513489A JP H03503932 A JPH03503932 A JP H03503932A
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filaments
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マイルス,デニス・ジヨン
スミス,シドニー・ジヨージ
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イギリス国
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    • GPHYSICS
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 加速度計 本発明は変換器、特に車両の操縦及び誘導(ntvigationand gu idance)用の加速度計として使用される小型変換器に係る。このような目 的に使用される公知の小型変換器の1つはシリコンから製造されており、2つの 枝を有する音叉の形状を有し慣性質量として機能するフレーム構造内部に支持さ れた張力感受性フィラメントを含む、しかしながら、この装置には、1つの軸に 沿った加速度だけしが検出できないという制約がある。更に、変換器の出力が温 度変化に敏感であり従って何らかの補償が必要である。[Detailed description of the invention] Accelerometer The present invention relates to a transducer, particularly for vehicle steering and guidance. This relates to a small transducer used as an accelerometer for idance). eyes like this One of the known miniature transducers used in It has the shape of a tuning fork with branches and is supported inside a frame structure that acts as an inertial mass. However, this device includes a tension-sensitive filament that is There is a restriction that only acceleration along the axis cannot be detected. Furthermore, the output of the converter It is sensitive to temperature changes and therefore requires some compensation.

本発明は2つの目的を有する。第1の目的は、2軸または3軸に沿った加速度を 測定し得る変換器を提供することであり、第2の目的は、複数の張力検出素子を 、(温度依存性出力変動のごとき)同相効果が実質的に除去されるように構成し 、温度補償がほとんどまたは全く不要になるようにすることである。The present invention has two objectives. The first purpose is to measure the acceleration along two or three axes. The second purpose is to provide a transducer that can measure tension. , configured so that common-mode effects (such as temperature-dependent output fluctuations) are virtually eliminated. , so that little or no temperature compensation is required.

従って本発明は、中央サポートと、中央サポートと共面であり少なくとも2つの フィラメントによって中央サポートに接続された環状慣性質量とを含み、慣性質 量に対する中央′サポートの相対移動に対応して一方のフィラメントが伸長し他 方のフィラメントが収縮し、このような伸縮を検出するセンサ手段が前記2つの フィラメントに組み込まれた変換器を提供する。The invention therefore provides a central support and at least two an annular inertial mass connected to a central support by a filament; One filament elongates in response to the relative movement of the central support with respect to the amount One of the filaments contracts, and a sensor means for detecting such expansion and contraction is provided between the two filaments. A transducer integrated into the filament is provided.

変換器は一体楕遣でよく、任意の弾性材料例えばシリコンから製造され得る。出 発材料としてシリコンウェーハなどを使用するときは所望の構成を形成するため に従来のホトリソグラフィー及びエツチング技術を使用してもよい。The transducer may be monolithic and may be manufactured from any resilient material, such as silicone. Out When using silicon wafers etc. as the source material, to form the desired configuration. Conventional photolithography and etching techniques may be used.

複数のフィラメントが同じ寸法を有することが必須ではないが好ましい。It is preferred, but not essential, that the plurality of filaments have the same dimensions.

中央サポートの両側で直径上に対向する2つのフィラメントを有するように構成 された本発明の変換器は、単軸加速度計として使用され得る。2つのフィラメン トの接続軸に沿った加速度は、慣性質量効果によって一方のフィラメントを伸長 させ他方のフィラメントを収縮させる。2つのフィラメントの各々に組み込まれ たセンサ手段は、与えられた加速度の大きさく+*Bnitude)を示す差分 出力を与えるように設計されている。Constructed with two diametrically opposed filaments on either side of a central support The transducer of the present invention can be used as a single-axis accelerometer. two filaments Acceleration along the connecting axis of the filament elongates one filament due to the inertial mass effect. the other filament. incorporated into each of the two filaments The sensor means detects a difference indicating the magnitude of the given acceleration (+*Bnitude). Designed to give output.

本発明の変換器は、各々がセンサ手段を組み込んだ3つ以上のフィラメントを中 央サポートの周囲に配置することによって、直交する2軸に沿った加速度成分を 検出するように構成され得る0等間隔の4つのフィラメントを含む実施態様は、 この構造に固有の優れた同相分除去効果を有するので特に好ましい、この実施態 様を以下に詳細に説明する。The transducer of the invention comprises three or more filaments each incorporating sensor means. By placing it around the central support, the acceleration components along two orthogonal axes can be An embodiment including four filaments with zero equal spacing that may be configured to detect: This embodiment is particularly preferred because it has an excellent common-mode rejection effect inherent in this structure. This will be explained in detail below.

特に、フィラメントを2つだけ配備する場合には、中央サポートと慣性質量との 相対回転、または両者の共通面に垂直な軸に沿った両者の相対移動を制限するの が望ましい。Especially when deploying only two filaments, the central support and inertial mass to restrict relative rotation, or relative movement between the two along an axis perpendicular to their common plane. is desirable.

この場合、サポートを慣性質量に連結するために、センサ手段を組み込んでいな い1つ以上のフィラメント状タイバーをサポート周囲に分配配置してもよい。In this case no sensor means shall be incorporated to couple the support to the inertial mass. One or more filamentary tie bars may be distributed around the support.

本発明の変換器は、直交する3軸に沿った加速度成分を変換器が検出できるよう に構成された複数の張力感受性フィラメントを含み得る。 このような変換器の 構成をより詳細に以下に説明する。The transducer of the present invention allows the transducer to detect acceleration components along three orthogonal axes. The tension sensitive filament may include a plurality of tension sensitive filaments configured to of such a converter The configuration will be explained in more detail below.

本発明の1つの実施例では、センサ手段が、フィラメントに注入された半導体ひ ずみゲージを含み得る。正確に調節された量の不純物が所望の特性値を与える。In one embodiment of the invention, the sensor means comprises a semiconductor wire injected into the filament. may include a strain gauge. Precisely controlled amounts of impurities provide the desired property values.

フィラメント内の張力変化がひずみゲージの抵抗を変化させ、これをホイートス トンブリッジによって測定する。この種のセンサは、単軸または多軸の変換器構 成に使用できる。Changes in tension within the filament change the resistance of the strain gauge, which is Measured by tonbridge. This type of sensor has a single-axis or multi-axis transducer structure. Can be used to create

別の実施例ではフィラメントを横方向に振動させる。各フィラメントは、フィラ メントの寸法、フィラメントに与えられた張力、フィラメント製造材料の弾性率 及び密度の間数として固有振動周波数を有する。フィラメント内の張力変化に対 応して振動数変化が生じる。振動数変化の測定値を使用して、変換器に与えられ た加速度の大きさを測定し得る。この実施例ではフィラメントの振動を開始及び 維持させる手段を配備する必要がある。このためには例えば、変換器材料の圧電 効果または熱機械的特性を利用する。シリコンを選択した場合には、酸化亜鉛ま たはチタン酸バリウムの圧電層をフィラメントにスパッタリングすることが可能 である。この技術は電気音響学の分野で公知である。In another embodiment, the filament is vibrated laterally. Each filament is a filament The dimensions of the filament, the tension applied to the filament, and the modulus of the material from which the filament is made. and has a natural vibration frequency as a number between density. against tension changes within the filament. A frequency change occurs accordingly. The measured value of the change in frequency is used to It is possible to measure the magnitude of acceleration caused by In this example, the filament starts vibrating and It is necessary to provide means to maintain it. For this purpose, for example, the piezoelectricity of the transducer material can be Take advantage of effects or thermomechanical properties. If silicone is selected, zinc oxide or piezoelectric layer of barium titanate or barium titanate can be sputtered onto the filament. It is. This technique is known in the field of electroacoustics.

または、(高い固有熱伝導率を有する)シリコン変換器の熱膨張を熱機械的励振 機構として使用できる。この技術は従来のダイヤフラム膨圧カセンサに有効に使 用されている。Alternatively, thermomechanical excitation of the thermal expansion of a silicon transducer (which has a high intrinsic thermal conductivity) Can be used as a mechanism. This technology can be effectively used in conventional diaphragm turgor pressure sensors. It is used.

熱抵抗器をイオン注入によって各フィラメントに埋設し、^C電流を各フィラメ ントの固有振動周波数で各抵抗器に通す、得られた周期的温度変化がフィラメン トを伸縮させ、その結果として機械的励振力を与える。A thermal resistor is embedded in each filament by ion implantation, and a current is applied to each filament. The resulting periodic temperature changes pass through each resistor at the natural frequency of the filament. expands and contracts, resulting in a mechanical excitation force.

フィラメントの振動は、各フィラメントにデポジットされ振動数測定回路に接続 された圧電層によって検出され得る。または、熱誘導伸縮が第2の注入抵抗器内 部にひずみを誘発し得る。この抵抗器が定電流励振されるとき、この抵抗器には 振動周波数の測定可能電圧が生じるであろう。Filament vibrations are deposited on each filament and connected to a frequency measuring circuit can be detected by a piezoelectric layer. Alternatively, thermally induced expansion and contraction within the second injection resistor may induce strain in the area. When this resistor is excited with constant current, this resistor has A measurable voltage at the vibrational frequency will result.

圧電型または抵抗型のいずれの素子も単軸または多軸の変換器の励振またはセン サ手段として使用し得る。振動フィラメントはサポート及び慣性質量の平面に垂 直な平面内で振動するように設計されてもよくまたはサポート及び慣性質量の平 面内で互いに逆位相で振動するように設計された2つの枝を有する音叉の形態で あってもよい、または変換器が、サポートの平面内で振動するように設計された 厚くて狭いフィラメントであってもよい。Either piezoelectric or resistive elements can be used to excite or sense single- or multi-axis transducers. It can be used as a support means. The vibrating filament is perpendicular to the plane of the support and inertial mass. May be designed to oscillate in a straight plane or support and inertial mass flat. In the form of a tuning fork with two branches designed to vibrate in phase with each other in a plane. There may be or the transducer is designed to oscillate in the plane of the support It may be a thick and narrow filament.

中央サポートと環状慣性質量とを有する変換器は、(中央サポートの)1つの装 着点を加速ボディに取付ければよい、対照的に、外側サポートと中央慣性質量と を有する変換器では多数の装着点が必要であり、例えば1つの点では熱膨張が生 じるが別の点では生じないときにフィラメント間でひずみ差が生じ、これが加速 度として誤って測定されることがある0本発明ではこのような欠点が除去されて いる。A transducer with a central support and an annular inertial mass has one installation (of the central support). The landing point can be attached to the accelerating body, as opposed to the outer support and the central inertial mass. Transducers with A strain difference occurs between the filaments when the strain does not occur at another point, and this accelerates The present invention eliminates this drawback. There is.

本発明の別の利点は、例えば周囲温度の変動に起因する同相効果を相殺するよう な差分形変換器出力が得られることである。Another advantage of the invention is that it is designed to cancel common mode effects due to, for example, ambient temperature fluctuations. The difference is that a differential converter output can be obtained.

添付図面に基づいて本発明のいくつかの実施例を以下に説明する。Some embodiments of the invention will be described below based on the accompanying drawings.

第1図は本発明の第1実施例の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of the present invention.

第2図は第1図の■−■線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line ■--■ in FIG.

第3図は第2実施例の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the second embodiment.

第4図は第3実施例の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the third embodiment.

第5図は第4図の■−V線断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line -V in FIG. 4.

第6図は上記実施例のいずれかと共に使用される適当な変換器の熱励振及び測定 回路の回路図である。Figure 6 shows thermal excitation and measurement of a suitable transducer for use with any of the above embodiments. It is a circuit diagram of a circuit.

第1図及び第2図によれば、直交する2軸(x、y)に沿った加速度成分を測定 する変換器は、等間隔の4つのフィラメント3,4,5.8によって慣性質量2 に接続されたサポート1を含む、サポート、質量及びフィラメントは、厚さ約0 .4+*mのシリコンスライスからエツチングされ、変換器の外径は約10mm でフィラメントの寸法は典型的には1mmX50μm×50μ−である。使用の 際には、例えばその加速度をモニタすべき車両に変換器の中央サポートを取付け る0例えば、主体車両がX軸に沿って加速されたと想定すると、慣性質量が存在 するのでフィラメント6が伸長し、フィラメント4が収縮する。これらの変化に よって2つのフィラメントの固有振動周波数が変わり、前者は増加し後者は前者 の増加と同量だけ減少する0周波数偏移の量は与えられた加速度の関数である。According to Figures 1 and 2, acceleration components along two orthogonal axes (x, y) are measured. The transducer has an inertial mass of 2 by four equally spaced filaments 3, 4, 5. The supports, masses and filaments, including support 1 connected to .. Etched from a 4+*m silicon slice, the outer diameter of the transducer is approximately 10 mm. The dimensions of the filament are typically 1 mm x 50 μm x 50 μm. of use In some cases, for example, the central support of the transducer is installed on the vehicle whose acceleration is to be monitored. For example, assuming that the subject vehicle is accelerated along the X axis, there is an inertial mass. As a result, filament 6 expands and filament 4 contracts. These changes Therefore, the natural vibration frequencies of the two filaments change, with the former increasing and the latter increasing. The amount of zero frequency deviation that decreases by the same amount as increases in is a function of the applied acceleration.

これを式: %式%) 〔式中、f、はX方向に加速度agが与えられたときのフィラメント6の振動周 波数、―は慣性質量2の質量、foは加速度0のときのフィラメントの振動周波 数、kはフィラメントの寸法及びその弾性に関する既知の定数〕で示すことがで きる。Formula this: %formula%) [In the formula, f is the vibration frequency of the filament 6 when acceleration ag is applied in the X direction. Wave number, - is the mass of inertial mass 2, fo is the vibration frequency of the filament when acceleration is 0 k is a known constant regarding the dimensions of the filament and its elasticity. Wear.

たいていの場合に振動数の10%変化が生じる前に破断ひずみに達するのでたい ていの場合には因数kmm、の値が小さい。In most cases, the breaking strain is reached before a 10% change in frequency occurs. In most cases, the value of the factor km is small.

従って、近似式: %式%) が得られる。フィラメント4に関しても、フィラメント4がフィラメント6と等 しい寸法を有すると、同様の式:mf、に であるから、(所与のfoで)振動数の差f、−f、を測定することによってa 、を測定できる。Therefore, the approximate formula: %formula%) is obtained. Regarding filament 4, filament 4 is equal to filament 6, etc. With new dimensions, a similar formula: mf, Therefore, by measuring the frequency difference f, −f, (at a given fo), a , can be measured.

フィラメント4と6とが異なる寸法を有し加速度0下の振動周波数が等しい値で ないとき、一般にはこの結果として、加速度0条件下で得られるaxの値が0で ない、振動数固定(frequency 1ock)を阻止することが必要ない くつかの用途ではこのような現象が許容され、また有利である。The filaments 4 and 6 have different dimensions and the vibration frequencies under zero acceleration are equal. If not, this generally results in the value of ax obtained under zero acceleration conditions being zero. No, there is no need to prevent frequency fixation (frequency 1ock) In some applications, this phenomenon is acceptable and even advantageous.

4つのフィラメントの各々に各1対の注入された熱抵抗器の一方、即ち励振抵抗 器RD(第1図参照)は、4つのフィラメント全部をサポート面に垂直な平面内 で強制的に横振動させる。この振動周波数は4つの各フィラメントの他方の抵抗 器、即ちセンサ抵抗器R5によってモニタされる。Ro及びR9を適当な励振及 び測定回路に接続することによって2軸に沿った加速度を検出及び測定し得る。one of a pair of injected thermal resistors in each of the four filaments, i.e. the excitation resistor The device RD (see Figure 1) places all four filaments in a plane perpendicular to the support surface. to force horizontal vibration. This vibration frequency is determined by the resistance of the other of the four filaments. sensor resistor R5. Appropriate excitation and acceleration along two axes can be detected and measured.

各フィラメントは別々の回路に接続される必要がある。Each filament needs to be connected to a separate circuit.

本発明の第2の実施例を第3図に示す、サポート1、慣性質量2及び4つのフィ ラメント7.8,9.10は第1の実施例と同様に、典型的な厚さ0.41及び 直径10■を有する単一シリコンスライスから製造されている。フィラメント7 〜10は2つの枝を有する音叉形に形成され、慣性質量の垂直運動を制限するた めに慣性質量と同じ厚さを有する。各フィラメントの2つの枝は、各フィラメン トに注入されたく図示しない)電気駆動抵抗器によってサポート1の平面内で互 いに逆位相で強制的に振動させられる。フィラメントに注入されたセンサ抵抗器 は、X軸またはy軸に沿って与えられた加速度によって生じた固有振動周波数の 変化を検出し得る。A second embodiment of the present invention is shown in FIG. Laments 7.8, 9.10 have typical thicknesses of 0.41 and Manufactured from a single silicon slice with a diameter of 10 cm. filament 7 ~10 is formed into a tuning fork shape with two branches to limit the vertical movement of the inertial mass. has the same thickness as the inertial mass. The two branches of each filament are electrically driven resistors (not shown) injected into the support 1 in the plane of the support 1. It is forced to vibrate in opposite phase. Sensor resistor injected into filament is the natural vibration frequency caused by an applied acceleration along the x or y axis. Changes can be detected.

第4図及び第5図は第3実施例を示す、この実施例では直交する3軸に沿った加 速度の検出が可能である。この実施例は第1の実施例と同様の構造を有し、中央 サポート11と環状慣性質量12と4つのフィラメントp、q、r、sとを有し 、更に、2つの追加フィラメント繭及びnを組み込んでいる。4 and 5 show the third embodiment. In this embodiment, the machining is performed along three orthogonal axes. Speed detection is possible. This embodiment has a similar structure to the first embodiment, with the center It has a support 11, an annular inertial mass 12, and four filaments p, q, r, and s. , further incorporates two additional filament cocoons and n.

フィラメント餉は、夫々励振抵抗器及びセンサ抵抗器として機能する注入された く図示しない)抵抗器対を含み、この器と協働して2方向の加速度を測定し得る 。フィラメントp。The filament wires are injected and serve as the excitation resistor and sensor resistor, respectively. (not shown), and can cooperate with this resistor to measure acceleration in two directions. . filament p.

q及びこれらのフィラメントに結合した抵抗器はX方向の加速度を測定し得る。q and the resistors coupled to these filaments can measure the acceleration in the X direction.

フィラメントr、S及びこれらのフィラメントに結合した(図示しない)抵抗器 対はy方向の加速度を測定し得る。filaments r, S and resistors (not shown) coupled to these filaments The pair may measure acceleration in the y direction.

上記実施例の変形として、変換器がプレート状フィラメントと音叉形フィラメン トとの混合によって構成されてもよい。As a variation of the above embodiment, the transducer may include a plate-shaped filament and a tuning fork-shaped filament. It may also be constituted by mixing with

上記の実施例の各々を励振及び測定回路に接続する必要があ、る、適当な回路を 第6図に示す、第1図の実施例に接続されたこの回路の動作を以下に説明する。It is necessary to connect each of the above embodiments to the excitation and measurement circuits by connecting the appropriate circuits. The operation of this circuit shown in FIG. 6 and connected to the embodiment of FIG. 1 will now be described.

第6図においてフィラメント4の発振を維持及び検出する発振回路13を示す部 分を参照すると、電源vsからトランジスタ14を介してセンサ抵抗器R8に定 電流(約5−^)が供給される。励振抵抗器Rnには演算増幅器15の出力から 励振用^Ct圧及びDCバイアスが供給される。追加の2つの演算増幅器16J 7は、センサ抵抗器Rsで発生したビークビーク値約5mVの検出用へ〇電圧を 増幅し、演算増幅器15の入力に与える。2つのダイオード18及び19はライ ン20に現われる出力信号を4Vに制限する。A section showing the oscillation circuit 13 for maintaining and detecting the oscillation of the filament 4 in FIG. Referring to FIG. A current (approximately 5-^) is supplied. The excitation resistor Rn is connected to the output of the operational amplifier 15. Excitation ^Ct pressure and DC bias are supplied. Two additional operational amplifiers 16J 7 is for detecting the peak peak value of approximately 5 mV generated by the sensor resistor Rs. The signal is amplified and applied to the input of the operational amplifier 15. The two diodes 18 and 19 are The output signal appearing on pin 20 is limited to 4V.

励振抵抗器RDに供給される励振用^C電圧(ビークビーク値4V)はフィラメ ント4を熱伸縮させる。フィラメントのこの機械的ひずみが、センサ抵抗器R9 内の抵抗線ひずみ(strain)を誘発し、この抵抗器の抵抗を正弦曲線的に 変化させる。抵抗器に印加される電圧がOvから+4vまで振れる結果として各 サイクル毎に唯1つの熱パルスが発生するように、即ちセンサ抵抗器R8を通る 検出用電圧が励振用電圧と同じ振動数で発振するように、2■のDCバイアスを 印加する1発振回路13のQ値は約2000であり、この発振回路は典型的には 60kHzで作動する。ライン20の出力信号の周波数をフィラメント6に接続 された等しい回路から得られた周波数と比較することによってX軸方向の加速度 の測定値が得られる。The excitation ^C voltage (peak value 4V) supplied to the excitation resistor RD is a filament Component 4 is expanded and contracted by heat. This mechanical strain of the filament causes sensor resistor R9 inducing a resistance wire strain in the resistor and changing the resistance of this resistor sinusoidally. change. As a result of the voltage applied to the resistor swinging from Ov to +4v, each so that only one heat pulse occurs per cycle, i.e. through the sensor resistor R8. Apply a DC bias of 2cm so that the detection voltage oscillates at the same frequency as the excitation voltage. The Q value of one oscillation circuit 13 that applies the voltage is approximately 2000, and this oscillation circuit typically Operates at 60kHz. Connect the frequency of the output signal on line 20 to filament 6 acceleration in the X-axis direction by comparing it with the frequency obtained from an equal circuit The measurement value of is obtained.

第6図に示すこの最終段階で、比較器21が発生させる信号差fa  Lはa、 の大きさを示す出力23を与えるために基準化装置(sea 1er)22に供 給される。フィラメント3及び5に接続された追加の2つの発振回路を使用する ことによってy軸方向の加速度も同様に測定できる。At this final stage shown in FIG. 6, the signal difference fa L generated by the comparator 21 is a, is provided to a standardization device (sea 1er) 22 to provide an output 23 indicating the magnitude of be provided. Using two additional oscillator circuits connected to filaments 3 and 5 Accordingly, the acceleration in the y-axis direction can also be measured in the same manner.

第1図から第5図の実施例で示す変換器は、(重力加速度を1とすると)±10 0gの動作範囲でX軸及びy軸の方向に約20Hz/gの感度を有する。第5図 の実施例は、Z軸の方向にいっそう高い感度的100Hz/gを有する。どの実 施例でも、例えばフェーズロックドループを使用した公知の振動数逓倍法によっ て感度を向上させ得る。The transducers shown in the embodiments of FIGS. 1 to 5 are of ±10 It has a sensitivity of about 20 Hz/g in the X-axis and y-axis directions in the 0 g operating range. Figure 5 The example has a higher sensitivity of 100 Hz/g in the Z-axis direction. which fruit In the example, for example, a well-known frequency multiplication method using a phase-locked loop is used. can improve sensitivity.

本発明の変換器は、第6図の閉ループ回路と組み合わせた使用に限定されない、 電子工学の当業者は、記載の素子に代替し得る構成素子及び所望の結果を与える 値を容易に選択し得る。更に、本分中のいずれの変換器も開ループ回路と組み合 わせられて十分に機能し得る。The converter of the present invention is not limited to use in conjunction with the closed loop circuit of FIG. Those skilled in the art of electronics will be able to provide alternative components to the described elements and desired results. Values can be easily selected. Additionally, both converters in this section can be combined with an open-loop circuit. It can function satisfactorily.

変換器は、車両の操縦及び誘導に使用し得るが、この用途に限定はされない、3 軸変換器または2軸変換器と単軸変換器との組み合わせを車両に連結すると、直 交する3方向に沿った車両の加速度に関する出力信号が与えられる。The transducer may be used for vehicle steering and guidance, but is not limited to this use.3 When a shaft transducer or a combination of a two-shaft transducer and a single-shaft transducer is connected to a vehicle, the Output signals relating to the acceleration of the vehicle along three intersecting directions are provided.

選択された任意の軌道上で車両を誘導するために、上記の情報を追加の操縦デー タと共に車両の操縦及び誘導コンピュータで処理するとよい、変換器の構造が簡 単なので丈夫で廉価な操縦及び誘導システムが作製される。The above information can be combined with additional maneuver data to guide the vehicle on any chosen trajectory. The structure of the converter is simple and can be processed by the vehicle's steering and guidance computer together with the converter. The simplicity creates a robust and inexpensive steering and guidance system.

以上の記載では変換器を加速度計として説明したが、変換器を圧力センサまたは 力センサとして使用できることも理解されよう。In the above description, the transducer was explained as an accelerometer, but the transducer can also be used as a pressure sensor or as an accelerometer. It will be appreciated that it can also be used as a force sensor.

補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)平成2年10月2+日 特許庁長官  植 松  敏  殿             争町1、特許出 願の表示  PCT/GB  89100441、発明の名称    加速度計 3、特許出願人 住 所  イギリス国、ロンドン・ニス・ダブリュ・l ・エイ・2・エイチ・ ビイ、ホワイトホール(番地なし)名 称  イギリス国 4、代 理 人   東京都新宿区新宿1丁目1番14号 山田ビル5、補正書 の提出年月日  1990年6月13日6、添附書類の目録 加速度計 本発明は変換器、特に車両の操縦及び誘導(navigationancl g uidance)用の加速度計として使用される小型変換器に係る。このような 目的に使用される公知の小型変換器の1つはシリコンから製造されており、2つ の枝を有する音叉の形状を有し慣性質量として機能するフレーム構造内部に支持 された張力感受性フィラメントを含む、しかしながらこの装置には、1つの軸に 沿った加速度だけしか検出できないという制約がある。更に、変換器の出力が温 度変化に敏感であり従って何らかの補償が必要である。Copy and translation of written amendment) Submission (Article 184-8 of the Patent Law) October 2+, 1990 Toshi Ueki, Commissioner of the Japan Patent Office, Sencho 1, Patent issue Display of application PCT/GB 89100441, title of invention Accelerometer 3. Patent applicant Address: United Kingdom, London, Nis.W.l.A.2.H. B, Whitehall (no street address) Name: United Kingdom 4. Manager, Yamada Building 5, 1-1-14 Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo, amendment form. Date of submission: June 13, 1990 6. List of attached documents Accelerometer The present invention relates to a transducer, particularly for vehicle navigation and guidance. This relates to a small transducer used as an accelerometer for like this One of the known miniature transducers used for this purpose is made from silicon and has two Supported inside a frame structure that acts as an inertial mass and has the shape of a tuning fork with branches of However, this device includes a tension-sensitive filament that is There is a restriction that only acceleration along the line can be detected. Furthermore, the output of the converter It is sensitive to temperature changes and therefore requires some compensation.

本発明の目的は、複数の張力検出素子を、(温度依存性出力変動のごとき)同相 効果が実質的に除去されるように構成し、温度補償がほとんどまたは全く不要に なるようにすることである。The purpose of the present invention is to detect multiple tension sensing elements in phase (such as temperature-dependent output fluctuations). Configured to virtually eliminate effects, requiring little or no temperature compensation The goal is to make it happen.

従って本発明は、中央サポートと、中央サポートと共面であり少なくとも2つの フィラメントによって中央サポートに接続された環状慣性質量とを含み、共通面 内での慣性質量に対する中央サポートの相対運動によって生じた一方のフィラメ ントの伸長と他方のフィラメントの対応する収縮とを検出し、前記運動の量を示 す差分出力を与えるように構成されたセンサ手段が2つのフィラメントに組み込 まれていることを特徴とする変換器を提供する。The invention therefore provides a central support and at least two annular inertial mass connected to a central support by a filament; One filament caused by the relative movement of the central support to the inertial mass within elongation of one filament and corresponding contraction of the other filament, indicating the amount of said movement. Sensor means configured to provide a differential output is incorporated into the two filaments. Provided is a converter characterized in that:

請求の範囲 1.中央サポート(1)と、中央サポートと共面で且つ少なくとも2つのフィラ メント(3,5)によって中央サポートに接続された環状慣性質量(2)とを含 む変換器であって、共通面内での慣性質量(2)に対する中央サポート(1)の 相対運動によって生じた一方のフィラメントの伸長と他方のフィラメントの対応 する収縮とを検出し、前記運動の量を示す差分出力を与えるように構成されたセ ンサ手段(Ro、Rs)が2つのフィラメントに組み込まれていることを特徴と する変換器。The scope of the claims 1. a central support (1) and at least two fillers coplanar with the central support; an annular inertial mass (2) connected to the central support by a member (3,5). a transducer comprising: a central support (1) relative to an inertial mass (2) in a common plane; Elongation of one filament caused by relative motion and correspondence of the other filament a sensor configured to detect a contraction that occurs and provide a differential output indicative of the amount of said movement; characterized in that the sensor means (Ro, Rs) are incorporated into two filaments. converter.

2、中央サポートと慣性質量との相対回転または両者の共通面に垂直な軸に沿っ た両者の相対移動を制限するために、中央サポート(1)を慣性質量(2)に連 結する1つ以上のフィラメント状タイバーを有することを特徴とする請求項1に 記載の変換器。2. Relative rotation between the central support and the inertial mass or along an axis perpendicular to their common plane. The central support (1) is connected to the inertial mass (2) in order to limit the relative movement between the two. Claim 1, further comprising one or more filamentary tie bars tying the Transducer as described.

3、センサ手段が、フィラメントに注入された半導体ひずみゲージを有すること を特徴とする請求項1または2に記載の変換器。3. The sensor means comprises a semiconductor strain gauge injected into the filament. The converter according to claim 1 or 2, characterized in that:

4、前記センサ手段が、前記フィラメントの振動を開始及び維持させる振動子と 前記フィラメントの固有振動周波数をモニタするデテクタとを含むことを特徴と する請求項1または2に記載の変換器。4. The sensor means includes a vibrator that starts and maintains vibration of the filament. and a detector that monitors the natural vibration frequency of the filament. The converter according to claim 1 or 2.

5、振動子(Ro)及びデテクタ(Rs)が熱抵抗器であることを特徴とする請 求項4に記載の変換器。5. A claim characterized in that the resonator (Ro) and the detector (Rs) are thermal resistors. Converter according to claim 4.

6、サポート(1)及び慣性質量(2)の共通面に垂直な平面内で振動するよう に少なくとも2つのフィラメントが配置されていることを特徴とする請求項4ま たは5に記載の変換器。6. Vibrate in a plane perpendicular to the common plane of the support (1) and inertial mass (2) At least two filaments are arranged in claim 4 or 5. or the converter according to 5.

7、少なくとも2つのフィラメントが2またの音叉の形状であり、サポート(1 )及び慣性質量(2)の共通面内で逆位相で振動するように配置された枝を有す ることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の変換器。7. At least two filaments are in the shape of a two-pronged tuning fork, and the support (1 ) and inertial mass (2) with branches arranged to vibrate in antiphase in a common plane. 7. A converter according to any one of claims 4 to 6.

8、少なくとも2つのフィラメントが厚くて狭いフィラメントであり、サポート (1)の平面内で振動するように配置されていることを特徴とする請求項4から 7のいずれか一項に記載の変換器。8. At least two filaments are thick and narrow filaments and support From claim 4, characterized in that it is arranged to vibrate within the plane of (1). 7. The converter according to any one of 7.

9、中央サポート(1)と慣性質量(2)との共通面に対して垂直な方向で慣性 質量に対する中央サポートの相対運動を検出する手段を含み、中央サポートと慣 性質量との対応する面を相互接続する第1フイラメント(ρ)と、第1フイラメ ントに近接して中央サポートと慣性質量との対応する対向面を相互接続する第2 フイラメント(−)とを含み、前記運動によって生じた第1または第2のフィラ メントの伸長と他方のフィラメントの対応する収縮とを検出し前記運動の量を示 す差分出力を与えるように構成されたセンサ手段が前記第1及び第2のフィラメ ントに組み込まれていることを特徴とする請求項1または3から7のいずれか一 項に記載の変換器。9. Inertia in the direction perpendicular to the common plane of the central support (1) and the inertial mass (2) including means for detecting relative movement of the central support with respect to the mass; a first filament (ρ) interconnecting corresponding surfaces with the magnetic mass; a second interconnecting the corresponding opposing surfaces of the central support and the inertial mass adjacent to the center support; a filament (-), the first or second filament produced by the movement; elongation of one filament and corresponding contraction of the other filament to indicate the amount of said movement. Sensor means configured to provide a differential output between said first and second filaments. Any one of claims 1 or 3 to 7, characterized in that it is incorporated into a component. Transducer described in Section.

10、シリコンウェーハから製造されていることを特徴とする請求項1から9の いずれか一項に記載の変換器。10. The method according to claims 1 to 9, characterized in that it is manufactured from a silicon wafer. Converter according to any one of the items.

国際調査報告 −m−−^−”””N@PCT/GB 89100441国際調査報告international search report -m--^-”””N@PCT/GB 89100441 International Search Report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.中央サポート(1)と、中央サポートと共面で且つ少なくとも2つのフィラ メント(3,5)によって中央サポートに接続された環状慣性質量(2)とを含 み、慣性質量(2)に対する中央サポート(1)の相対運動に対応して一方のフ ィラメントが伸長し他方のフィラメントが収縮する変換器であって、前記伸縮を 検出するために前記2つのフィラメント(3,5)にセンサ手段が組み込まれて いることを特徴とする変換器。 2.中央サポートと慣性質量との相対回転または両者の共通面に垂直な軸に沿っ た両者の相対移動を制限するために、中央サポート(1)を慣性質量(2)に連 結する1つ以上のフィラメント状タイバーを有することを特徴とする請求項1に 記載の変換器。 3.センサ手段が、フィラメントに注入された半導体ひずみゲージを有すること を特徴とする請求項1または2に記載の変換器。 4.前記センサ手段が、前記フィラメントの振動を開始及び維持させる振動子と 前記フィラメントの固有振動周波数をモニタするデテクタとを含むことを特徴と する請求項1または2に記載の変換器。 5.振動子(RD)及びデテクタ(RS)が熱抵抗器であることを特徴とする請 求項4に記載の変換器。 6.サポート(1)及び慣性質量(2)の共通面に垂直な平面内で振動するよう に少なくとも2つのフィラメントが配置されていることを特徴とする請求項4ま たは5に記載の変換器。 7.少なくとも2つのフィラメントが2またの音叉の形状であり、サポート(1 )及び慣性質量(2)の共通面内で逆位相で振動するように配置された枝を有す ることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の変換器。 8.少なくとも2つのフィラメントが厚くて狭いフィラメントであり、サポート (1)の平面内で振動するように配置されていることを特徴とする請求項4から 7のいずれか一項に記載の変換器。 9.サポート(1)と慣性質量(2)との対向面の共通面に互いに近接して配置 された2つのフィラメント(p,m)を含み、前記面に垂直な加速度が一方のフ ィラメントを伸長させ、他方のフィラメントを収縮させ、前記伸縮を検出して前 記加速度の大きさを示す差分出力を与えるように構成されたセンサ手段が前記2 つのフィラメントに組み込まれていることを特徴とする請求項1から7のいずれ か一項に記載の変換器。 10.シリコンウェーハから製造されていることを特徴とする請求項1から9の いずれか一項に記載の変換器。[Claims] 1. a central support (1) and at least two fillers coplanar with the central support; an annular inertial mass (2) connected to the central support by a member (3,5). one frame in response to the relative movement of the central support (1) with respect to the inertial mass (2). A transducer in which one filament expands and another filament contracts; Sensor means are incorporated into said two filaments (3, 5) to detect A converter characterized by: 2. Relative rotation between the central support and the inertial mass or along an axis perpendicular to their common plane. The central support (1) is connected to the inertial mass (2) in order to limit the relative movement between the two. Claim 1, further comprising one or more filamentary tie bars tying the Transducer as described. 3. the sensor means comprises a semiconductor strain gauge injected into the filament; The converter according to claim 1 or 2, characterized in that: 4. The sensor means comprises a vibrator that initiates and maintains vibration of the filament. and a detector that monitors the natural vibration frequency of the filament. The converter according to claim 1 or 2. 5. A claim characterized in that the resonator (RD) and the detector (RS) are thermal resistors. Converter according to claim 4. 6. to vibrate in a plane perpendicular to the common plane of the support (1) and the inertial mass (2). At least two filaments are arranged in claim 4 or 5. or the converter according to 5. 7. At least two filaments are in the shape of a two-pronged tuning fork, and the support (1 ) and inertial mass (2) with branches arranged to vibrate in antiphase in a common plane. 7. A converter according to any one of claims 4 to 6. 8. At least two filaments are thick and narrow filaments and support From claim 4, characterized in that it is arranged to vibrate within the plane of (1). 7. The converter according to any one of 7. 9. The support (1) and the inertial mass (2) are placed close to each other on the common surface of the opposing surfaces. contains two filaments (p, m), whose acceleration perpendicular to said plane is Stretch one filament, contract the other filament, detect the expansion and contraction, and Sensor means configured to provide a differential output indicative of the magnitude of the acceleration 8. Any one of claims 1 to 7, characterized in that it is incorporated into one filament. Converter according to item 1. 10. Claims 1 to 9, characterized in that it is manufactured from a silicon wafer. Converter according to any one of the items.
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