JPH03505486A - 振子式加速度計用の非対称たわみ体 - 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】 振子式加速度肝用の非対称たわみ体 産業上の利用分野 この発明は、支持体に対して振子運動する保証質量体（ｐｒｏｏｆ　　ｍａｓｓ ）が装架されている加速度計に関するものである。

従来の技術 従来の高度の潜在的性能を有する加速度計は米国特許第３７０２０７３号明細書 に説明されている。加速度計は、３個の主要な要素である、保証質量体組立体、 上部および下部ステニタすなわちその間に保証質量体組立体が支持されている磁 性回路がらなっている。保証質量体組立体は一部環状平持り′グになｉ′８体を 経て懸架さ１ている揺動パドルを含み、パドルは支持リングに関して回動するこ とができる。このパドル、たわみ体および支持リングは、一般に、溶かした石英 で構成した単一の構造体として提供される。

パドルの上部および下部の両面には蓄電板と磁力均衡コイルとを有している。各 磁力均衡コイルはパドル上に配置され、コイルの中実軸がそのパドルの頂面およ び下面に直角で、か゛つ加速度計の検出軸に平行である。複数の装架用パッドが 環状支持リングの上部お−よび下部表面の周りに間隔を置いて形成されている。

これらの装架用パッドは、加速度計が組立てられた時に、上部および下部ステー タの向き合う面を内部で結びつける。

各ステータはほぼ円筒状であって、その内面には穴が、設けられている。穴と永 久磁石とが対応する外形とされ、保証質！体組立体の磁力均衡コイルの関連する 一方がコイルの円筒状孔内に位置する永久磁石を有して穴内に嵌合されている。

それゆえ、コイルを通って流れる電流は磁場をつくり、パドル上に磁力をつくる ために永久磁石と相互作用している。また、ステータの内面には、パドルの頂部 および底部表面に蓄電板を有するコンデンサを形成するために外形づけされた蓄 電板がある。かくして、上部および下部ステータに対するパドルの変位は異なる 容量の変化をもたらすもつである。操作の際に、加速度計はその加速度を測るべ き対象物に取り付けられる。検出軸に沿う対象物の加速度は、支持リングとステ ータに対してパドルの振子式回動変位を生じるものである。この変位によって生 じた新しい容量の変化は、フィードバック回路によって検出される。フィードバ ック回路は、応答に際゛して電流をつくり、その電流が磁力均衡コイルに適用さ れる時に、パドルをその中立位置に戻そうとする傾向がある。パドルをその中立 位置に維持するのに必要な電流の大きさが検出軸に沿う加速度の測定を提供する 。

主述されたもののように、振子式加速度計の検出軸は枢動軸と保証質量体の質重 の中心によって定められる平おいて、検出軸はその加速度計が収容される容器に 対して定められた基準軸に整列される。このような方法で整列されている時には 、加速度計の出力は、基準軸に沿う加速度を表し、軸を横切る加速度に対しては 無感応である。高性能の加速度計°は、軸を横切る方向にも非常に敏感な感応性 を持たなければならず、それゆえ、検出軸と基準軸との厳密な整列を必要とする 。この整列は、容器にセンサを固定する前の積極的な整列の測定と修正によって 設定される。

単一の磁力均衡コイルのみを有する磁力再均衡加速度計には、検出軸に関する問 題点がある。２重コイルの設計に際しては、振子式に装架されたパドル／コイル 　ユニットすなわち保証質量体を対称的に作られることができ、保証質量体の質 量の中心はパドルの上部および下部表面の中間に置かれる。単一コイルの設計に 際しては、パドルのコイルと反対側における釣合がなく、保証質量体の質量の中 心はずれており、検出軸がパドルの上部および下部表面に垂直ではない、パドル の表面は基準として用いるのが比較的容易であり、パドルの上部および下部表面 は典型的にセンサ容器の装架表面と平行に組み立てられる。検出軸がパドル表面 に垂直でない時には、検出軸を加速度計容器および装架表面に整列することが困 難になってくる。

発明の要約 この発明は、パドル表面に垂直な検出軸を有する振子式加速度計をつくるための 手段を提供するものである。

この発明で用いられる加速度計は、１個またはそれ以上のたわみ体に′よって支 持体から懸架される保証質量体からなり、この保証質量体が支持体に関して枢軸 の周り付けられたパドルからなり、このパドルは第１及び第２表面を有している 。コイルは第１パドル表面に装着され、加速度計は、支持体を装架する手段と、 コイルを有する磁性回路を形成する手段とを含み、保証質量体は零位置に維持さ れることができる。

この発明が目指す改善は、たわみ体の位置とりであり、枢軸と保証質量体の質量 の中心とを含む平面がどちらかのパドル表面と平行であり、他方のパドル表面に 対してよりは、一方のパドル表面により接近している。好適な具体例にあっては 、パドル表面は互いに平行である。さらに好適な具体例にあっては、枢軸と保証 質量体の質量の中心とを含む平面がどちらかのパドル表面と同じ平面にある。

図面の簡単な説明 第１区はこの発明の非対称のたわみ体配列を含む加速度計の断面図、第２図は第 １図の加速度計のリード平面図、第３図は第２図の線３−３に沿う断面図、第４ 図は従来の２個のコイルの加速度計を示す概略図、第５図は単−コイルの加速度 計の検出軸の整列を示す概略図、第６図は検出軸の整列を変えるために重りを使 用することを示す概略図、そして第７図はこの発明による非対称のたわみ体配列 の概略図である。

実施例 第１〜３図は、この発明の非対称のたわみ体配列を含む加速時計を示している。

加速度計１０は検出軸ＳＡに沿う加速度を測定し、ステータ１２、リード１４、 そして装架部材１６を含んでいる。リード１４は、装架部材１６とステータ１２ との間に保持され、その表面に置がれなコイル２４を有している。ステータは励 磁リング４２、磁石４４および極片４６とがらなっている。ステータは形づけら れ、コイル２４は、この技術分野の専門家に良く知られている磁力均衡機能を提 供するために、極片４６と励磁リング４２との比較的狭い間隙を占めている。

リード１４は第２及び３図により詳細に示されている。

リードは、全体に円盤状をなし、環状支持リング３２と、その間に開口４０が形 成されている一対のたわみ体３６を経て互いに連結しているパドル３４を含んで いる。その周辺の殆どにおいて、パドル３４は間隙３８によって支持リング３２ と隔てられている。３個の高くされた装架バッド５０〜５２が支持リング３２の 周りにほぼ等しい間隔位置で配置され、３個の同様な装架パッド（図示されない ）が支持リングの下部表面の装架パッド５０〜５２の直下位置に配置されている 。加速度計が組み立てられた場合に、上部装架バッドはステータ１２と接触し、 一方、下部装架バッドは装架部材１６と接触する。

パドル３４はたわみ体３６を介して装架され、パドルは、たわみ体の中間点を通 り、水平でかつ第２図の図面の面に平行な枢軸ＨＡの周りに支持リング３２に関 して回動することができる。コイル２４はパドル３４の上部表面に装架され、コ イルの外縁は、コイルがたわみ体と開口の上にかかるたわみ体に近接する部分を 除いてパドルの外縁とほぼ同じ位置にある。薄い詰め木（シム）（図示されてい ない）ガコイル２４とパドル３４との間に挟まれ、コイルは、パドル揺動の間の 妨害を避けるために、たわみ体３６上に少し間隔を置いている。蓄電板６０はコ イル２４内のパドル３４上に位置し、極片の隣接表面とともに、または極片の下 部表面に置かれた第２蓄電板とともにコンデンサーを形成している。コンデンサ ーはパドルのその零位置からの動きを検出ためのビックオフ回路の一部を形成す る。第２コンデンサーはパドルの下部表面の板（図示されていない）と装架部材 １６の上部表面の板との間に見付けることができる。この発明によって提起され る問題は、第４〜７図の概要図に示されている。第４図は、パドルの両側に磁力 均衡コイルと磁性回路とを含む既知の加速度計を示している。特に、第４図に示 される加速度計は、リード８０と、上部および下部ステータ８２および８４とを 含んでいる。リード８ｏはたわみ体９０によって互いに連結されているパドル８ ６と支持リング８８とを含んでいる。第１〜３図におけるように、多数のたわみ 体を用いることができる。パドル８６は、それぞれのコイル９６および９８が装 架されている上部および下部表面９２および９４を含んでいる。

パドルは支持リングに関して図面の平面に直角である枢軸ＨＡの周りに回動する ことができる。パドル８６の右側の支持リング８８は図示を簡素化するために示 されていない１図示の各構成要素は対称的に構成することができ、パドル８６お よびコイル９６と９８とを含む保証質量体は、枢軸ＨＡと質量体１０２の中心を 通る基準線に位置し、パドル８６の表面９２および９４と平行でかつその中間に ある質量体の中心を有している。したがって、加速度計の検出軸は、基準平面に 直角であり、パドルの上部および下部表面にも直角である。それゆえ、この型の 加速度計はリードと容器との角度のずれの調整をもはや必要としない。

第５図は、第４図に示される設計からコイル（および対応する磁性回路）の一方 を取り除いたものを示してい゛る。第５図の加速度計はリード１１０とステータ １１２とを含み、リードは上部および下部表面１１６と１１８と、上部表面１１ ６に装架されたコイル１２０とを有するパドル１１４を含んでいる。パドルは枢 軸ＨＡの周りに回動できるようにたわみ体１２４によって支持部１２２に装架さ れている。

このような例においては、パドルは、そのパドルの上部表面と下部表面との中間 に位置する質量の中心１３０を有している。しかしながら、コイル１２０はパド ルの質量の中心からずれている質量の中心１３４を有している。それゆえ、保証 質量体の正味の質量の中心１３４は質量の中心１３０と１３２の間に位置してい る。したがって、枢軸ＨＡと質量の中心１３４を通る基準平面１４０は、パドル 表面１１６および１１８に直角でなく、それ　　　　。

ゆえ、検出軸ＳＡはパドル表面に直角でない、その結果、この加速度計の組立で は、検出軸ＳＡが容器の基準軸に直角となるような方法で加速度計をその容器に 装着することを確実とするために、付加的な工程が行われなければならない、こ のことは新しい組立工程を加えるばかりでなく、新しく潜在的なエラーの源を導 入するものである。第６図は、パドル１１４の下部表面１１８に重り１５０が置 かれた点を除いて、第５図に示される加速度計と同じ加速度計が示されている０ 重りの大きさと位置は、その重りを含めた全保証質量体の質量の中心１５２′が 、パドル表面１１６および１１８と平行でそれらの中間に位置している基準表面 １５４にあるように調節されることができる。その結果、検出軸はパドル表面に 直角であル、コれによって、第５図についてのべた不整合は避けられるが、新し い部品を加えることによりコストが上昇し、加速度計の寸法が大きくなる。

第７図は、この発明によって提供される、上述の不整合の問題の解決を説明する ものである。第７図において、加速度計はリード１６０とステータ１６２とを含 んでいる。リード１６０は上部および下部表面１６６と１６８と、上部表面１６ ６に装着されたコイル１７０を有するパドル１６４を含んでいる。パドル１６４ はたわみ体１７４を経て支持部１７２に連結され、かくして、パドルは支持部に 関して枢軸ＨＡの周りに回動することができる。全体の保証質量体は、第５図に おいて説明されたように、パドルの下部表面１６８より上部表面により接近して いる質量の中心１８０を有している。しかしながら、第７図に示される加速度計 において、リード１６０は、枢軸と保証質量体の質量の中心１８０を含むものと して定義される基準面１８４がパドル表面に平行であるように構成されている。

このような整合を得るためには多数の方法がある０例えば、例示されるたわみ体 に対しては、たわみ体とパドルとの接続点１８２を枢軸が質量の中心に関して適 当な位置にあるように調節することである。

このことは、枢軸と接続点１８２をパドルの上部および下部表面に関して非対称 的に配置することによって、すなわち、基準面１８４を下部表面１６８より上部 表面１６６により接近させることにより達成される。この結果、検出軸ＳＡは表 面１６６および１６８にに対して直角であり、付加的な部品を用いることなく前 述の利益を産むことができる。

第１〜３図および第７図に示される、非対称たわみ体の枢軸部接続は通常のリー ド構造体の製作工程によって、単に、たわみ体の一方側の部分をたわみ体の反対 側の部分よりより大きな範囲にまでエツチングすることによってつくることがで きる。実際には、たわみ体部分のすべてのエツチングをリードの一方側から行う ことができるし、枢軸の正確な位置の調整がより容易であるので、第３図にもつ とも明瞭に示されている配列が好ましい、もしも、たわみ体が図示されている木 の葉状たわみ体であるよりむしろ円弧状たわみ体であるとしても、同様の技術を 用いることができる。殊に、他方側を平らで残し、リードの一方側に単一の半円 形の切欠をつくることができる０両方の場合において、たわみ体の一方の表面は パドルの一方の表面と同じ面であり、枢軸はたわみ体がその厚さの半分以内まで エツチングされたパドルの反対側の表面とほぼ同一平面にある。

枢軸位置の調節は重りの必要性を完全に排除するばかりでなく、重りの必要な寸 法を小さくし簡単に提供できるようにもするものである。さらに、枢軸の位置の 調節は、パドル表面に対して単にある望ましい程度に検出軸を変更する場合にも 使用される。この発明の原理は、各区に示されたコイル／蓄電板の組合せに限定 されることはなく、蓄電板がパドル表面のコイルの外側にある加速度計に適用で きるし、また、容量型のビックオフ技術よりもむしろ誘導型のピックオフ技術を 使用する加速度計に適用することができる。この発明は、第１〜３図および第７ 図に示された単一コイルの加速度計に制限されるものでなく、振子状に装架され た保証質量体を有するどのような加速度計にも適用することができる。平衡重り を軽くし、または排除するために非対称に置かれたたわみ体の使用は、一方、検 出軸と基準軸の整合を容易にし、加速度計のＧ範囲を増加するものである。もし 、非対称が平衡重りを完全に排除できる程大きければ、パドルの一方の表面は容 量型あるいは誘導型の位置ビックオフ回路の利用に適した大きな平らな部分を提 供する。この表面にコイルや平衡重りが装着される場合には、使用可能なピック オフ回路部分はより狭くなる。

この発明の好適な具体例を説明したが、変形はこの分野の専門家にとって明らか であろう、したがって、この発明の範囲は請求の範囲を参照して決定されるべき である。

θη−威 ルばら１６・ ｒ４ｒＥ７゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　１個またはそれ以上のたわみ体によって支持部から懸架され、その支持部 に関して枢軸の周りを回動できる保証質量体であって、たわみ体に取付けられ、 第１および第２表面とその第１表面に装架されたコイルとを有するパドルからな る保証質量体と、さらに、支持部を装架するための手段と、保証質量体を零位置 に維持することができるように、コイルで磁性回路を形成するための手段とから なる、検出軸に沿って加速度を測定するための加速度計において、前記たわみ体 は、枢軸と保証質量体の質量の中心を含む平面がパドルの一方の表面に平行でか つそのパドルの他方の表面より一方の表面により近接する位置にあるように位置 付けられているところの改良。 ２．　パドルの第２表面がそこに装架されたコイルを有しないものであるところ の請求項１記載の改良る３．　枢軸と保証質量体の質量の中心とを含む平面がパ ドルの一方の表面とほぼ同一平面にあるところの請求項２記載の改良。 ４．　各たわみ体の表面がパドルの前記一方の表面と同一平面にあるところの請 求項３記載の改良。 ５．　パドルの第２表面がそこに装着された重りを有しないものであるところの 請求項４記載の改良。 ６．　パドルの第１および第２表面が互いに平行であろところの請求項１記載の 改長。 ７．　パドルの第２表面がそこに装架されたコイルを有しないものであるところ の請求項６記載の改良。 ８．　枢軸と保証質量体の質量の中心とを含む平面がパドルの一方の表面とほぼ 同一平面にあるところの請求項７記載の改良。 ９．　各たわみ体の表面がパドルの前記一方の表面と同一平面にあるところの請 求項８記載の改良。 １０．パドルの第２表面がそこに装着された重りを有しないものであるところの 請求項９記載の改良。 １１．各たわみ体が木の葉状たわみ体であるところの請求項１記載の改良。 １２．正確に２個のたわみ体がパドルを支持部に連結しているところの請求項１ １記載の改良。 １３．枢軸と保証質量体の質量の中心を含む平面がパドルの一方の表面および各 たわみ体と同一平面であるところの請求項１１記載の改良。 １４．各たわみ体の表面がパドルの一方の表面と同一平面であるところの請求項 １３記載の改良。 １５．パドルの第１および第２表面が互いに平行であるところの請求項１４記載 の改良。 １６．パドルの第２表面がそこに装着された重りを有しないものであるところの 請求項１記載の改良。