JPH0450613A - Apparatus for measuring gradient angle - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、表面弾性波を利用した傾斜センサを備えた傾
斜角測定装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a tilt angle measuring device equipped with a tilt sensor that utilizes surface acoustic waves.
[従来の技術]
従来、表面弾性波を利用した外力センサとしては、例え
ば第4図に示すようなものがある。[Prior Art] Conventionally, as an external force sensor using surface acoustic waves, there is a sensor as shown in FIG. 4, for example.
第4図において、1は支持部2に片持ち梁状に取り付け
られたビームであり、ビーム1は圧電性材料で形成され
、ビーム1に外力が作用すると、ビーム1の表面には歪
が発生する。3.4は表面弾性波を送信する送信電極、
5,6はその表面弾性波を受信する受信電極、7.8は
受信電極5゜6の受信信号を増幅して、送信電極3.4
にフィードバックする増幅器であり、これらの送信電極
3.4、受信電極5,6および増幅器7.8が表裏一対
の発振器9.10を構成している。外力11による歪は
ビーム1での表面弾性波の伝搬時間を変化させ、表面弾
性波の伝搬時間の変化により、発振器9,10の発振周
波数が変化する。12はミキサーであり、ミキサー12
は発振器9,1.0の発振周波数Fl、F2を信号処理
して、差周波数成分Fを出力する。なお、ビーム10表
面弾性波の伝搬経過上に不要な反射波が入らないように
、ビーム1の表面上の表面弾性波の反射する箇所に吸収
剤13が塗布されている。In Fig. 4, 1 is a beam attached to the support part 2 in the form of a cantilever, and the beam 1 is made of a piezoelectric material, and when an external force acts on the beam 1, distortion occurs on the surface of the beam 1. do. 3.4 is a transmitting electrode that transmits surface acoustic waves;
5 and 6 are receiving electrodes that receive the surface acoustic waves, and 7.8 is a transmitting electrode 3.4 that amplifies the received signal of the receiving electrode 5.6.
These transmitting electrodes 3.4, receiving electrodes 5, 6, and amplifier 7.8 constitute a pair of front and back oscillators 9.10. The strain caused by the external force 11 changes the propagation time of the surface acoustic wave in the beam 1, and the change in the propagation time of the surface acoustic wave changes the oscillation frequencies of the oscillators 9 and 10. 12 is a mixer; mixer 12
performs signal processing on the oscillation frequencies Fl and F2 of the oscillators 9 and 1.0, and outputs a difference frequency component F. In order to prevent unnecessary reflected waves from entering the propagation course of the surface acoustic waves in the beam 10, an absorbent 13 is applied to the surface of the beam 1 where the surface acoustic waves are reflected.
ここで、発振器9,10の無負荷時の発振周波数をそれ
ぞれFIO,F20とする。外力11が作用したとき、
ビーム1の上面は引張り応力による歪−εが、下面には
圧縮応力による歪εが、それぞれ発生する。このとき、
発振器9,10の発振周波数Fl、F2は外力11によ
る歪ε、−εのみを考えると、次式(1)、 (2)で
表わされる。Here, the oscillation frequencies of the oscillators 9 and 10 under no load are FIO and F20, respectively. When external force 11 acts,
A strain -ε due to tensile stress is generated on the upper surface of the beam 1, and a strain ε due to compressive stress is generated on the lower surface. At this time,
The oscillation frequencies Fl and F2 of the oscillators 9 and 10 are expressed by the following equations (1) and (2), considering only the strains ε and -ε caused by the external force 11.
F1=F10−2F10ε ・・・(1)F2
=F20+2F20ε ・・・(2)そして、
発振周波数差F (F= l F2−Fl l)は、次
式(3)となる。F1=F10-2F10ε...(1)F2
=F20+2F20ε...(2) And,
The oscillation frequency difference F (F=lF2-Fll) is expressed by the following equation (3).
F’=l (F2G+2F20ε)−(F 10−2
F 1(lε)= l F20−F1G+2ε・ (
F20+FIO)・・・(3)
F20=F10の場合には、Fは次式(4)となる。F'=l (F2G+2F20ε)-(F 10-2
F 1(lε)=l F20−F1G+2ε・(
F20+FIO) (3) When F20=F10, F becomes the following equation (4).
F=4εFIO・・・(4)
一方、歪1ε1と外力11の関係は、外力11をQ1ビ
ーム1の断面厚さを81幅をb1ヤング率をE1ビーム
1の自由端から波動伝搬路の中央までの距離を又とする
と、歪lε1は次式(5)となる。F=4εFIO...(4) On the other hand, the relationship between strain 1ε1 and external force 11 is as follows: external force 11 is Q1 cross-sectional thickness of beam 1 is 81 width is b1 Young's modulus is E1 from the free end of beam 1 to the center of the wave propagation path. Assuming that the distance from
x
Eaz bQ−(5)
ε =
したがって、ミキサー12の出力Fよりビーム1に作用
した外力Qを検出することができる。x Eaz bQ-(5) ε = Therefore, the external force Q acting on the beam 1 can be detected from the output F of the mixer 12.
ここで、前記外力センサを傾斜センサとして用いる場合
には、ビーム1の自由端に重力Wの重りをつければ良く
、垂直軸に対する傾斜角度をθとすると、作用する外力
11はWsinθとなる。したがって、歪1ε1は、次
式(6)で示され、傾斜角度θを得ることができる。Here, when the external force sensor is used as a tilt sensor, it is sufficient to attach a weight of gravity W to the free end of the beam 1, and if the tilt angle with respect to the vertical axis is θ, the acting external force 11 becomes W sin θ. Therefore, the strain 1ε1 is expressed by the following equation (6), and the inclination angle θ can be obtained.
X
e l = W sin# 、、、
(6)a2 b
具体的には前期式(4)と式(6)から角度θが小さい
範囲ではsinθ=θとして、
F=θ・α
但し゛ 24xWF10
として求められ、傾斜センサから出力される差周波数F
と傾斜角度θとの間には比例関係があり、一義的に傾斜
角度θを測定できる。X e l = W sin# ,,,
(6) a2 b Specifically, from the previous equation (4) and equation (6), in the range where the angle θ is small, sin θ = θ, and F = θ・α, where ゛ 24xWF10 is calculated, and the difference output from the tilt sensor is Frequency F
There is a proportional relationship between and the inclination angle θ, and the inclination angle θ can be uniquely measured.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、このような従来の傾斜センサにあっては
、ビームに発生する歪は外力だけによるのではなく、周
囲温度による熱膨張によっても発生する。[Problems to be Solved by the Invention] However, in such a conventional tilt sensor, the strain generated in the beam is not only caused by external force but also by thermal expansion due to ambient temperature.
本願発明者等が実験を通して得た周囲温度に対する傾斜
センサの出力周波数Fは、次式(7)に示すような、傾
斜角度θと温度Tの1次関数で表わされる。The output frequency F of the tilt sensor relative to the ambient temperature, which was obtained through experiments by the inventors of the present application, is expressed by a linear function of the tilt angle θ and the temperature T, as shown in the following equation (7).
F(θ、 T) =F (0,I])十KF (0,0
)・T+αθ・・・(7)
ただし゛ 24xF10
したがって、傾斜角度θは、次式(8)で得られる。F (θ, T) = F (0, I]) 10KF (0,0
)・T+αθ (7) where: 24×F10 Therefore, the inclination angle θ is obtained by the following equation (8).
F (θ、 T) −F(0,0) K@F(
fl、0)θ=
Tα
α(8)式から明らかなように、傾斜セン
サで検出する傾斜角度θは周囲温度Tの影響を受けると
いう問題点があった。F (θ, T) −F(0,0) K@F(
fl, 0)θ=
Tα
As is clear from equation α(8), there is a problem in that the inclination angle θ detected by the inclination sensor is affected by the ambient temperature T.
また、微小な傾斜角度θ、例えば、1°以下において、
傾斜センサの分解能はαで決まり、αを太き(すると、
XまたはWを大きくすることになり、ビームの共振周波
数が低下し、検出感度が悪化するという問題点もあった
。In addition, at a small inclination angle θ, for example, 1° or less,
The resolution of the tilt sensor is determined by α, and by increasing α (then,
There is also the problem that increasing X or W lowers the resonant frequency of the beam and deteriorates detection sensitivity.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであって、表面弾性波を利用して傾斜角を一対の発振
周波数の差として出力する傾斜センサを備えた装置にお
いて、周囲温度の影響を軽減し且つ検出感度を向上でき
る傾斜角測定装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of these conventional problems, and provides a device equipped with a tilt sensor that uses surface acoustic waves to output a tilt angle as a difference between a pair of oscillation frequencies. It is an object of the present invention to provide an inclination angle measuring device that can reduce the influence of the above and improve the detection sensitivity.
[課題を解決するための手段]
この目的を達成するために、本発明は、一端が装置筐体
側に固着され他端に重りが設けられ、傾斜角度に応じた
重りの荷重および周囲温度により歪を生じるビームに、
傾斜角度に対して一方の傾斜センサの出力する発振周波
数差の変化が、他方の傾斜センサの出力する発振周波数
差の変化と逆になるように一対の傾斜センサを配置し、
一対の傾斜センサの各出力を入力とし、両者の差周波数
成分を出力する差動抽a手段を設けたものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the present invention has one end fixed to the device casing side and a weight provided at the other end, and which is deformed by the load of the weight depending on the inclination angle and the ambient temperature. to the beam that produces,
A pair of tilt sensors are arranged so that a change in the oscillation frequency difference outputted by one tilt sensor with respect to the tilt angle is opposite to a change in the oscillation frequency difference outputted by the other tilt sensor,
A differential extraction means is provided which inputs each output of a pair of tilt sensors and outputs a difference frequency component between the two.
[作用]
本発明においては、一方の傾斜センサの出力する発振周
波数差をFA、他方の傾斜センサの出力する発振周波数
差をFBとし、傾斜角度θに対して差周波数FAの変化
と差周波数FBの変化が逆になるように、一対の傾斜セ
ンサを配置する。即ち、角度θの変化に対し一方の差周
波数FAは変化率+αで増加し、他方の差周波数FBは
変化率−αで減少するようになる。しかし、周囲温度に
よる差周波数FA、Filへの影響は同一方向の変化を
もたらす。そこで、一対の傾斜角センサの差周波数出力
の差の(FA−FB)を求めることで、温度による変動
分は相殺され、角度による変化分は2倍となって得られ
る。[Function] In the present invention, the oscillation frequency difference output from one tilt sensor is FA, the oscillation frequency difference output from the other tilt sensor is FB, and the change in the difference frequency FA and the difference frequency FB are calculated with respect to the tilt angle θ. A pair of inclination sensors are arranged so that the changes in are reversed. That is, as the angle θ changes, one difference frequency FA increases at a rate of change +α, and the other difference frequency FB decreases at a rate of change −α. However, the influence of ambient temperature on the difference frequencies FA and Fil results in changes in the same direction. Therefore, by determining the difference (FA-FB) between the differential frequency outputs of the pair of tilt angle sensors, the variation due to temperature is canceled out, and the variation due to angle is doubled.
ここで、一方の傾斜センサの差周波数出力FAは、(9
)式に他方の傾斜センサの差周波数出力FBは(10)
式にそれぞれ示され、傾斜角度θは(11)式で求めら
れる。Here, the difference frequency output FA of one tilt sensor is (9
), the difference frequency output FB of the other tilt sensor is (10)
The inclination angle θ is determined by the equation (11).
FA(θ、 T)=FA(叱0) + K F A
(I]、 0) T+αθ・・・(9)
FB(θ、T)=FB(I)、l])+KFB(0,0
)T−αθ・・・(lO)
■
θ =U[IFB(0,11)−FA(口、0))(F
B(θ、T)−FA(θ、 Ta1l(12)式と(
13)式を比較すると従来の温度係数に但し、F A
(0,0)、F B Fo、 0)は無負荷時(角度θ
−〇°時)の差周波数を示し、またK F A (I]
、0)TlK F B (0,0) Tは同じく無負荷
時の周囲温度Tに対する周波数変化を示す。FA (θ, T) = FA (scold 0) + K FA
(I], 0) T+αθ...(9) FB(θ, T)=FB(I), l])+KFB(0,0
)T-αθ...(lO) ■ θ = U[IFB(0,11)-FA(mouth, 0))(F
B(θ, T)-FA(θ, Ta1l Formula (12) and (
13) Comparing equations, F A
(0,0), F B Fo, 0) is at no load (angle θ
−〇°), and K F A (I]
, 0)TlK F B (0,0) Similarly, T indicates the frequency change with respect to the ambient temperature T at no-load.
無負荷時の2つの傾斜センサの差周波数FA (0,
0)とF B (f]、 0)とを一致させることがで
きれば(11)式より周囲温度の影響はキャンセルでき
るが、実際には、無負荷時の傾斜センサの差周波数のば
らつき等を考慮して、例えば
FB(0,I])=1.2F^(0,0)とすると、(
11)式から与えられる本発明の温度係数は(12)式
となり、また(8)式から与えられる従来の温度係数は
(13)式で示される。Difference frequency FA (0,
If 0) and F B (f], 0) can be matched, the effect of ambient temperature can be canceled from equation (11), but in reality, it is necessary to take into account variations in the difference frequency of the tilt sensor during no-load. For example, if FB(0,I])=1.2F^(0,0), then (
The temperature coefficient of the present invention given by formula (11) is given by formula (12), and the conventional temperature coefficient given by formula (8) is given by formula (13).
・・・(12) がわかる。...(12) I understand.
したがって、本発明においては、周囲温度の影響を大幅
に軽減することができる。また、傾斜角出力周波数の差
を最終的に求めることで、傾斜角度変化に対する差周波
数の変化量が傾斜センサ1台の場合に比べて2倍となり
、傾斜角度に対する分解能が大きくなり、検出精度を向
上させることができる。Therefore, in the present invention, the influence of ambient temperature can be significantly reduced. In addition, by finally determining the difference in the tilt angle output frequency, the amount of change in the difference frequency with respect to the change in tilt angle is doubled compared to the case of one tilt sensor, increasing the resolution for the tilt angle and improving detection accuracy. can be improved.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1A図は本発明の一実施例を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing an embodiment of the present invention.
まず、構成を説明すると、第1A図において、21は圧
電材料からなるビームであり、このビーム21の一端は
装置筐体側となる支持部22に片持ち梁状に取り付けら
れ、他端には重り23が取り付けられている。ビーム2
1に重り23の荷重が作用すると、ビーム21の一方の
表面には引張り歪が発生し、反対の表面には圧縮歪みが
発生し、この歪はビーム21の表面弾性波の伝搬時間を
変化させる。First, to explain the configuration, in FIG. 1A, 21 is a beam made of piezoelectric material. One end of this beam 21 is attached in a cantilever shape to a support part 22 on the device housing side, and a weight is attached to the other end. 23 is attached. beam 2
When the load of the weight 23 acts on the beam 21, a tensile strain is generated on one surface of the beam 21, and a compressive strain is generated on the opposite surface, and this strain changes the propagation time of the surface acoustic wave of the beam 21. .
なお、図中の51は傾斜角θの増加に対し荷重が加わる
測定方向を示す。Note that 51 in the figure indicates the measurement direction in which a load is applied as the inclination angle θ increases.
24.25は表面弾性波をそれぞれ送信する表裏一対の
送信電極、26.27は表面弾性波をそれぞれ受信する
受信電極、28.29は受信電極26.27の受信信号
をそれぞれ増幅して、送信電極24.25にそれぞれフ
ィードバックする増幅器であり、これらの送信電極24
,25、受信電極26.27および増幅器28.29が
全体として表裏一対の発振器30.31を構成している
。24.25 is a pair of front and back transmitting electrodes that transmit surface acoustic waves, 26.27 is a receiving electrode that receives surface acoustic waves, and 28.29 amplifies and transmits the received signals of the receiving electrodes 26.27. an amplifier that feeds back to the electrodes 24, 25, respectively, and these transmitting electrodes 24;
, 25, receiving electrodes 26, 27, and amplifiers 28, 29 collectively constitute a pair of front and back oscillators 30, 31.
ここで、一方の発振器30の発振周波数をFl、他方の
発振器31の発振周波数をF2とすると、F2 >Fl
となるように設定される。発振器30.31の出力はミ
キサー43に入力され差周波数FAが、FA =F2−
Fl
として検出される。Here, assuming that the oscillation frequency of one oscillator 30 is Fl and the oscillation frequency of the other oscillator 31 is F2, it is set so that F2 > Fl. The outputs of the oscillators 30 and 31 are input to the mixer 43, and the difference frequency FA is FA = F2-
Detected as Fl.
このような一対の発振器30.31により一方の傾斜セ
ンサ32が構成されている。A pair of oscillators 30 and 31 constitute one tilt sensor 32.
33は他方の傾斜センサであり、他方の傾斜センサ33
の出力する差周波数FBは、傾斜角に対して一方の傾斜
センサ32の出力する差周波数FAのと逆の変化をする
ように配置される。33 is the other tilt sensor;
The difference frequency FB output by the tilt sensor 32 is arranged so as to change in the opposite direction to the difference frequency FA output by one of the tilt sensors 32 with respect to the tilt angle.
即ち、傾斜センサ33は表裏一対の発振器34゜35よ
り構成され、一対の発振器34.35は、表面弾性波を
それぞれ送信する表裏一対の送信電極36.37、表面
弾性波をそれぞれ受信する表裏一対の受信電極38,3
9、および受信電極38.39の受信信号をそれぞれ増
幅して、送信電極36.37にそれぞれフィードバック
する増幅器41.42を有している。That is, the tilt sensor 33 is composed of a pair of front and back oscillators 34, 35, a pair of front and back transmitting electrodes 36, 37 that respectively transmit surface acoustic waves, and a pair of front and back transmitting electrodes 36, 37 that respectively receive surface acoustic waves. receiving electrodes 38,3
9 and receiving electrodes 38, 39, and feeds the amplified signals back to transmitting electrodes 36, 37, respectively.
傾斜センサ33の一方の発振器34の発振周波数F3と
他方の発振器35の発振周波数F4はF3 >FA
となるように設定されている。即ち、一方の傾斜センサ
32を構成する発振器30.31の発振周波数Fl、F
2の大小関係に対し、他方の傾斜センサ33を構成する
発振器34.35の発振周波数F3.F4の大小関係は
、ビーム面の位置に対し逆の大小関係となるように設定
されている。具体的には、傾斜センサ32はビーム表面
のFlが裏面のF2より小さく、他方の傾斜センサ33
はビーム表面のF3が裏面のFAより大きくなる逆の大
小関係に設定している。The oscillation frequency F3 of one oscillator 34 of the tilt sensor 33 and the oscillation frequency F4 of the other oscillator 35 are set so that F3 > FA. That is, the oscillation frequencies Fl and F of the oscillators 30 and 31 constituting one of the tilt sensors 32
2, the oscillation frequency F3.2 of the oscillator 34.35 forming the other tilt sensor 33. The magnitude relationship of F4 is set to be an inverse magnitude relationship with respect to the position of the beam surface. Specifically, in the tilt sensor 32, Fl on the front surface of the beam is smaller than F2 on the back surface, and the other tilt sensor 33
is set to have an inverse magnitude relationship such that F3 on the front surface of the beam is larger than FA on the back surface.
傾斜センサ33に設けた発振器34.35の出力F3.
F4はミキサー44に入力され、両者の差周波数FBが
、
FB =F3−F4
として求められる。The output F3. of the oscillator 34.35 provided in the tilt sensor 33.
F4 is input to the mixer 44, and the difference frequency FB between the two is determined as FB=F3-F4.
45は差動抽出手段であり、一方の傾斜センサ32の出
力FAと他方の傾斜センサ33の出力FBを信号処理し
て差周波数成分(FB −FA )を出力する。45 is a differential extraction means, which processes the output FA of one tilt sensor 32 and the output FB of the other tilt sensor 33 and outputs a difference frequency component (FB-FA).
差動抽出手段としては、ミキサーでも、CPUでもよい
。The differential extraction means may be a mixer or a CPU.
第2図は第1A図に示したミキサー43.44の具体的
な回路構成を示す。FIG. 2 shows a specific circuit configuration of mixers 43 and 44 shown in FIG. 1A.
第2図において、ミキサーは、コンデンサ46、バイア
ス用抵抗47、検波ダイオード48、ダイオード負荷4
9、およびローパスフィルタ50によりそれぞれ構成さ
れ、一対の発振器30,31、または34.35の異な
る発振周波数を加算して、その中から和の周波数と差の
周波数とを取り出し、サラにその中からローパスフィル
タ50により和成分を取り除き、差周波数成分のみを取
り出し、aカするものである。In FIG. 2, the mixer includes a capacitor 46, a bias resistor 47, a detection diode 48, and a diode load 4.
9, and a low-pass filter 50, add the different oscillation frequencies of the pair of oscillators 30, 31, or 34.35, extract the sum frequency and the difference frequency from them, and then The sum component is removed by a low-pass filter 50, and only the difference frequency component is extracted and filtered.
次に、作用を説明する。Next, the effect will be explained.
前述したように、一方の傾斜センサ32の出力をFA(
=F2−Fl)、他方の傾斜センサ33の出力をFE(
=F3−F4)とし、FBが傾斜角度θに対してFAと
逆に変化をするように、一対の傾斜センサ32.33を
配置する。As mentioned above, the output of one tilt sensor 32 is converted to FA (
=F2-Fl), and the output of the other tilt sensor 33 is FE(
=F3-F4), and the pair of tilt sensors 32 and 33 are arranged so that FB changes inversely to FA with respect to the tilt angle θ.
例えば一方の傾斜センサ32の傾斜角度θに対する差周
波数出力FAは、第1B図(a)に示すように、+αと
なる正の傾きをもち、これに対し他方の傾斜センサ33
の差周波数出力FBは同図(b)に示すように、−αと
なる負の傾きをもっことになる。For example, the difference frequency output FA with respect to the inclination angle θ of one inclination sensor 32 has a positive inclination of +α, as shown in FIG.
The difference frequency output FB has a negative slope of −α, as shown in FIG.
このためには発振器30.31,34.35の発振周波
数Fl、F2およびF3.FAの関係を(14)式、(
15)式となるように設定することで実現できる。For this purpose, the oscillation frequencies Fl, F2 and F3 . The relationship of FA is expressed by equation (14), (
15) This can be achieved by setting the following equation.
F2 >Fl ・
・・(14)F3 >FA
・・・(15)例えば傾斜角度θの増加に対
し第1A図の重り23の矢印51に示す方向に荷重が増
加し、このためビーム21の表面には引張り歪みが加わ
り、ビーム裏面には圧縮歪みが加わる。引張り歪みに対
し発振器30.31,34.35の発振周波数は減少し
、圧縮歪みに対し発振周波数は増加する関係にある。F2 > Fl ・
...(14) F3 > FA
(15) For example, as the inclination angle θ increases, the load increases in the direction shown by the arrow 51 of the weight 23 in FIG. Adds distortion. The oscillation frequencies of the oscillators 30.31 and 34.35 decrease with tensile strain, and increase with compressive strain.
そこで一方の傾斜センサ32の発振器30,31に注目
すると、引張り歪みを受ける発振器30の発振周波数F
1は減少し、圧縮歪みを受ける発振器31の発振周波数
F2を増加する。ここで、Fl<F2であるから、Fl
の減少とF2の増加に対し、差周波数FA =F2−F
lは増加することとなり、その結果、第1B図(a)の
特性が得られる。Therefore, if we pay attention to the oscillators 30 and 31 of one inclination sensor 32, we can see that the oscillation frequency F
1 decreases, increasing the oscillation frequency F2 of the oscillator 31 which is subjected to compressive strain. Here, since Fl<F2, Fl
For a decrease in F2 and an increase in F2, the difference frequency FA = F2 - F
l will increase, and as a result, the characteristics shown in FIG. 1B (a) will be obtained.
これに対し他方の傾斜センサ33の発振器34゜35は
、ビーム表面の発振器34の発振周波数F3が引張り歪
みで減少し、ビーム裏面の発振器35の発振周波数F4
が圧縮歪みで増加し、F3>FAであるから差周波数F
B =F3−F4は減少し、第1B図(b)の特性が得
られる。On the other hand, in the oscillators 34 and 35 of the other tilt sensor 33, the oscillation frequency F3 of the oscillator 34 on the front surface of the beam decreases due to tensile strain, and the oscillation frequency F4 of the oscillator 35 on the back surface of the beam decreases.
increases with compression strain, and since F3>FA, the difference frequency F
B=F3-F4 decreases, and the characteristic shown in FIG. 1B (b) is obtained.
ここで、周囲温度の影響を考慮した一方の傾斜センサ3
2の出力FA、および他方の傾斜センサ33の出力FB
は、次式(9) (10)で示すように、1次式で表わ
すことができる。Here, one inclination sensor 3 takes into consideration the influence of ambient temperature.
2 output FA, and the output FB of the other tilt sensor 33
can be expressed by a linear equation as shown in the following equations (9) and (10).
FA(θ、T)=FA(+]、[l)+KFA([1,
[1) T + a e・・・(9)
Fit(θ、 T) =FB((1,(])+KF[1
(11,IIJT−αθ・・・(10)
尚、FA([1,[l)、F B (11,Q)は無負
荷時(傾斜角θ=0°時)の差周波数出力を示す。FA (θ, T) = FA (+], [l) + KFA ([1,
[1) T + a e...(9) Fit(θ, T) = FB((1,(])+KF[1
(11, IIJT-αθ...(10) Note that FA([1, [l), F B (11, Q) indicates the difference frequency output at no load (when the tilt angle θ=0°).
したがって、傾斜角θは、次式(11)で求めることが
できる。Therefore, the inclination angle θ can be determined by the following equation (11).
θ=丁丁[fF B fO,[1) −F A fO,
[1))−(F[l(θ、T)−FA(θ、T))]仮
に、F A (0,I]) = F 1l(0,0)と
した場合には、(11)式右辺第2項(温度類)は消去
され、周囲温度Tの影響を全く受けない。この場合は理
想的なケースである(第1B図(C))。θ=Ding [fF B fO, [1] −F A fO,
[1)) - (F [l (θ, T) - FA (θ, T))] If F A (0, I]) = F 1l (0, 0), (11) The second term (temperature class) on the right side of the equation is eliminated and is not affected by the ambient temperature T at all. This case is an ideal case (FIG. 1B (C)).
第3図は本発明の他の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
本実施例は、一対のビームを設け、一方のビームに一方
の傾斜センサを、他方のビームに他方の傾斜センサをそ
れぞれ設けた例である。This embodiment is an example in which a pair of beams are provided, one beam is provided with one tilt sensor, and the other beam is provided with the other tilt sensor.
第3図において、21Aは一方のビームであり、この一
方のビーム21Aは一端が装置筐体側となる支持部22
に片持ち梁状に支持され、他端には重り23Aが取り付
けられている。一方のビーム21Aには第1A図の実施
例と同様な一方の傾斜センサ32が設けられ、その8カ
はFA(=F2−Fl)である。21Bは他方のビーム
であり、この他方のビーム21Bは一端が装置筐体側と
なる支持部22に片持ち梁状に支持され、他端には重り
23Bが取り付けられている。他方のビーム21Bには
第1A図の実施例と同様な他方の傾斜センサ33が設け
られ、その出力はFil(=F3−FA )である。し
たがって、傾斜角度θは前記(11)式で求められる。In FIG. 3, 21A is one beam, and this one beam 21A has a support part 22 with one end facing the device housing side.
It is supported in a cantilevered manner, and a weight 23A is attached to the other end. One beam 21A is provided with one tilt sensor 32 similar to the embodiment shown in FIG. 1A, of which eight sensors are FA (=F2-Fl). Reference numeral 21B denotes the other beam, and this other beam 21B is supported in a cantilevered manner by the support portion 22 with one end facing the device casing, and a weight 23B is attached to the other end. The other beam 21B is provided with another tilt sensor 33 similar to the embodiment of FIG. 1A, the output of which is Fil (=F3-FA). Therefore, the inclination angle θ is determined by the above equation (11).
2個の傾斜センサが同一のケース内に収納されてもよい
し、別々のケースに収納されても全くかまわない。The two tilt sensors may be housed in the same case or in separate cases.
本実施例においても、前記実施例と同様な効果が得られ
ることは言うまでもない。It goes without saying that the same effects as those of the previous embodiment can be obtained in this embodiment as well.
[発明の効果コ
以上説明してきたように、本発明によれば、傾斜角に対
して一方の傾斜センサの出力が他方の傾斜センサの出力
と逆の変化をするように、2つの傾斜センサを配置する
ようにしたため、周囲温度の影響を大幅に軽減すること
ができ、また、傾斜角度に対する分解能を2倍とするこ
とができ、検出感度を向上させることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, two tilt sensors are arranged such that the output of one tilt sensor changes inversely to the output of the other tilt sensor with respect to the tilt angle. Because of this arrangement, the influence of ambient temperature can be significantly reduced, and the resolution for the inclination angle can be doubled, making it possible to improve detection sensitivity.
第1A図は本発明の一実施例を示す図、第1B図は第1
A図の一対の傾斜センサの出力特性とその合成特性を示
した説明図、
第2図はミキサーの構成図、
第3図は本発明の他の実施例を示す図、第4図は従来例
を示す図である。
図中、
21.21A、21B・・・ビーム、
22・・・支持部、
23.23A、23B・・・重り、
24.25,36.37・・・送信電極、26.27,
38.39・・・受信電極、8.29.41.42・・
・増幅器、
0,31.34.35・・・発振器、
2.33・・・傾斜センサ、
3.44・・・ミキサー
5・・・差動油8手段、
6・・・コンデンサ、
7・・・バイアス用抵抗、
8・・・検波ダイオード、
9・・・ダイオード負荷、
0・・・ローパスフィルタ。FIG. 1A is a diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing an embodiment of the present invention.
Figure A is an explanatory diagram showing the output characteristics of a pair of tilt sensors and their composite characteristics, Figure 2 is a configuration diagram of a mixer, Figure 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and Figure 4 is a conventional example. FIG. In the figure, 21.21A, 21B... Beam, 22... Support part, 23.23A, 23B... Weight, 24.25, 36.37... Transmission electrode, 26.27,
38.39...Receiving electrode, 8.29.41.42...
・Amplifier, 0,31.34.35...Oscillator, 2.33...Inclination sensor, 3.44...Mixer 5...Differential oil 8 means, 6...Capacitor, 7...・Bias resistor, 8...Detection diode, 9...Diode load, 0...Low pass filter.
Claims (3)
発振周波数の差として出力する傾斜センサを備えた傾斜
角測定装置に於いて、 一端が装置筐体側に固着され他端に重りが設けられ、傾
斜角度に応じた重りの荷重及び周囲温度により歪みを生
ずるビームに、傾斜角度に対して一方の傾斜センサの出
力する発振周波数差の変化が、他方の傾斜センサの出力
する発振周波数差の変化と逆になるように一対の傾斜セ
ンサを配置し、該一対の傾斜センサの各出力を入力とし
、両者の差周波数成分を抽出する差動抽出手段を設けた
ことを特徴とする傾斜角測定装置。(1) In a tilt angle measurement device equipped with a tilt sensor that uses surface acoustic waves to output the tilt angle as the difference between the oscillation frequencies of a pair of oscillators, one end is fixed to the device housing and a weight is attached to the other end. The change in the oscillation frequency difference output by one tilt sensor with respect to the tilt angle is the oscillation frequency difference output by the other tilt sensor. A pair of tilt sensors are arranged so as to be opposite to the change in the tilt angle, and differential extraction means is provided for inputting each output of the pair of tilt sensors and extracting a difference frequency component between the two. measuring device.
相対するビーム面の各々に形成した表面弾性波の伝搬路
を正帰還回路に設けた一対の発振器を有し、傾斜角が零
となる状態で、一方の傾斜センサの一対の発振器の発振
周波数に所定の差を持たせると共に、他方の傾斜センサ
の一対の発振器は第1の傾斜センサとは逆のビーム面と
なる発振器の位置関係で同じ発振周波数の差を持たせた
ことを特徴とする請求項1記載の傾斜角測定装置。(2) Each of the pair of tilt sensors has a pair of oscillators in which a positive feedback circuit is provided with a propagation path for surface acoustic waves formed on each of the opposing beam surfaces of the beam, and the tilt angle becomes zero. In this state, the oscillation frequencies of the pair of oscillators of one tilt sensor are made to have a predetermined difference, and the pair of oscillators of the other tilt sensor are set in a positional relationship such that the beam plane is opposite to that of the first tilt sensor. The inclination angle measuring device according to claim 1, characterized in that the oscillation frequencies have the same difference.
一方の傾斜センサを、他方のビームに前記他方の傾斜セ
ンサを設けたことを特徴とする前記請求項1記載の傾斜
角測定装置。(3) The inclination angle measuring device according to claim 1, characterized in that two beams are provided, one of the beams is provided with the one inclination sensor, and the other beam is provided with the other inclination sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15295990A JPH0450613A (en) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Apparatus for measuring gradient angle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15295990A JPH0450613A (en) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Apparatus for measuring gradient angle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0450613A true JPH0450613A (en) | 1992-02-19 |
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ID=15551903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP15295990A Pending JPH0450613A (en) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Apparatus for measuring gradient angle |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH0450613A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6308195B1 (en) | 1998-08-10 | 2001-10-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 4-2 compressor circuit and voltage holding circuit for use in 4-2 compressor circuit |
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US6584380B1 (en) * | 1997-06-02 | 2003-06-24 | Asahi Kasei Microsystems Co., Ltd. | Approximate third-order function generator, temperature compensation quartz oscillation circuit made by using the same, and temperature compensation method |
JPWO2005111542A1 (en) * | 2004-05-17 | 2008-03-27 | 愛知製鋼株式会社 | Small posture detection sensor and mobile phone equipped with this small posture detection sensor |
JP2011035536A (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Mitsubishi Electric Corp | Image projection apparatus |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP15295990A patent/JPH0450613A/en active Pending
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