JPH0526893A - Detecting device for acceleration - Google Patents

Detecting device for acceleration

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JPH0526893A
JPH0526893A JP20633091A JP20633091A JPH0526893A JP H0526893 A JPH0526893 A JP H0526893A JP 20633091 A JP20633091 A JP 20633091A JP 20633091 A JP20633091 A JP 20633091A JP H0526893 A JPH0526893 A JP H0526893A
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JP
Japan
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acceleration
oscillating
grating
phase
detection
Prior art date
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JP20633091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Soji Ichikawa
宗次 市川
Mikio Suzuki
幹男 鈴木
Wataru Ishibashi
渡 石橋
Shingo Kuroki
真吾 黒木
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
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Publication of JPH0526893A publication Critical patent/JPH0526893A/en
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Abstract

PURPOSE:To make the acceleration measurement of an object proper, by oscillating an oscillating means compulsorily by an exciting means and carrying out the detection of the acceleration by the change of an oscillating state. CONSTITUTION:An acceleration detection device 10 is provided with a U-base 12, an oscillator 14 as an oscillating means, of which the one end is fixed to the base 12, an exciting means 16 to oscillate the oscillator 14, and a displacement detecting means 18 consisting of a photoelectric encoder. The unknown acceleration can be known by oscillating the mass M of the oscillator 14 compulsorily with F sin wt by the exciting means 16 and by detecting a phased delay angle phi by the displacement detecting means 18 because the phase delay angle phichanges considerably when the acceleration operates in the X-axis direction. If a saw tooth wave is synchronized to sin wt to be formed and t1-t0 or t3-t2 is found, the phase delay phi can be found. Thus the detection of the acceleration can correctly be carried out with the simple constitution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は加速度検出装置、特に強
制振動機構を用いた加速度検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration detecting device, and more particularly to an acceleration detecting device using a forced vibration mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、自動車等にはその適正な移動運動
を保持し、例えば高速でカーブに進入した場合或いは急
加速、急減速時のスリップ防止等のため加速度検出装置
が設けられる。このような加速度検出装置は、一般に弾
性支持された重りの移動方向及び移動量より加速度検出
を行なうものである。
2. Description of the Related Art In recent years, an automobile or the like is provided with an acceleration detecting device for maintaining proper movement of the automobile and for preventing slips when entering a curve at high speed or during rapid acceleration or sudden deceleration. Such an acceleration detecting device generally detects acceleration from the moving direction and moving amount of the elastically supported weight.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の加速度検出装置では、加速度の印加、或いは解除時
に重りに揺れが生じ、正確な加速度検出を継続して行な
うことができない場合がある。本発明は前記従来技術の
課題に鑑みなされたものであり、その目的は物体の加速
度を常に適正に測定することのできる加速度検出装置を
提供することにある。
However, in the above-mentioned conventional acceleration detecting device, there are cases where the weight shakes when applying or releasing acceleration, and accurate acceleration cannot be continuously detected. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide an acceleration detection device that can always properly measure the acceleration of an object.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本出願にかかる加速度検出装置は、略加速度印加方向
に伸長した振動手段と、前記振動手段にその伸長方向と
直交する方向への振動力を印加する加振手段と、前記振
動手段の振動方向への変位を検出する変位検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, an acceleration detecting device according to the present application comprises a vibrating means extending substantially in an acceleration applying direction, and vibrating the vibrating means in a direction orthogonal to the extending direction. A vibrating means for applying a force, a displacement detecting means for detecting a displacement of the vibrating means in a vibration direction,
It is characterized by having.

【0005】[0005]

【作用】本発明にかかる加速度検出装置は、前述したよ
うに振動手段を加振手段により強制的に振動させ、その
振動状態の変化より加速度検出を行なうこととしている
ので、加速度の印加、或いは解除時にもその応答が極め
て迅速である。
In the acceleration detecting device according to the present invention, as described above, the vibrating means is forcibly vibrated by the vibrating means and the acceleration is detected based on the change of the vibration state. Therefore, the acceleration is applied or released. Sometimes the response is extremely quick.

【0006】[0006]

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図1には本発明の原理図が示されており、同
図(A)は側面図、(B)は上面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a principle view of the present invention. FIG. 1A is a side view and FIG. 1B is a top view.

【0007】同図において、加速度検出装置10は、一
端がベース12に固定され他端が質量Mである振動手段
14と、該振動手段14をFsinωtで強制振動させ
る加振手段16と、を備える。そして、加振手段16に
より、振動手段14の先端部分に連続的に力を加え、図
中Y軸方向に振動させる。この状態で図中X軸方向に加
速度αが加わった場合のY軸方向の運動方程式は、次の
数1で示される。
In FIG. 1, the acceleration detecting device 10 comprises a vibrating means 14 having one end fixed to the base 12 and the other end having a mass M, and a vibrating means 16 for forcibly vibrating the vibrating means 14 at Fsinωt. .. Then, the vibrating means 16 continuously applies a force to the tip portion of the vibrating means 14 to vibrate in the Y-axis direction in the drawing. In this state, the equation of motion in the Y-axis direction when acceleration α is applied in the X-axis direction in the figure is expressed by the following equation 1.

【数1】 ここで、C:ダンピング係数 E:ヤング率(縦弾性係数) I:板バネの慣性モーメント F:力[Equation 1] Where C: damping coefficient E: Young's modulus (longitudinal elastic modulus) I: moment of inertia of leaf spring F: force

【0008】前記数1で、Kを次の数2のようにおく。In the above expression 1, K is set as in the following expression 2.

【数2】 そうすると、前記数1は、次の数3と書表すことができ
る。
[Equation 2] Then, the above expression 1 can be written as the following expression 3.

【数3】 数3よりダンピングファクターζは、次の数4で示され
る。
[Equation 3] From Equation 3, the damping factor ζ is expressed by Equation 4 below.

【数4】 また、固有角振動数ωnは、次の数5で示される。[Equation 4] The natural angular frequency ω n is given by the following equation 5.

【0009】[0009]

【数5】 位相遅れ(位相角)φは次の数6で示される。[Equation 5] The phase delay (phase angle) φ is expressed by the following equation 6.

【数6】 振動数比rは、次の数7で示される。[Equation 6] The frequency ratio r is expressed by the following equation 7.

【数7】r=ω/ωn ここで、固有角振動数ωnは、前述した数5のようにX
軸方向の加速度αの関数になっている。従って、X軸方
向の加速度α=0のとき、数5は次の数8のようにな
る。
R = ω / ω n where the natural angular frequency ω n is X
It is a function of the axial acceleration α. Therefore, when the acceleration α = 0 in the X-axis direction, the equation 5 becomes the following equation 8.

【0010】[0010]

【数8】ωn(α=0)=(3EI/ML31/2 そして、強制振動の角振動数ωを次の数9のように定め
る。
## EQU8 ## ω n (α = 0) = (3EI / ML 3 ) 1/2 Then, the angular frequency ω of the forced vibration is determined as in the following Expression 9.

【数9】ω=ωn(α=0)=(3EI/ML31/2 この結果、振動数比rは次の数10のように書き改めら
れる。
## EQU9 ## ω = ω n (α = 0) = (3EI / ML 3 ) 1/2 As a result, the frequency ratio r can be rewritten as the following Equation 10.

【数10】 前記数10より、振動数比rは加速度αの関数である。
また、前記数6より、位相遅れφは振動数比rの関数で
ある。従って、位相遅れφは加速度αの関数であること
が理解される。
[Equation 10] From the above equation 10, the frequency ratio r is a function of the acceleration α.
Further, from the above equation 6, the phase delay φ is a function of the frequency ratio r. Therefore, it is understood that the phase delay φ is a function of the acceleration α.

【0011】通常ダンピングファクターζは ζ=0.05〜0.2 程度に設計できるので、 ζ=0.05, ζ=0.1 のとき、共振点の近傍の位相遅れφと振動数比rの関係
を計算すると、図2のようになる。
Normally, the damping factor ζ can be designed to be about ζ = 0.05 to 0.2. Therefore, when ζ = 0.05 and ζ = 0.1, the phase delay φ near the resonance point and the frequency ratio r The relationship is calculated as shown in FIG.

【0012】なお、前記数3より、定常状態の振幅yp
は次の数11で示される。
From the above equation 3, the steady-state amplitude y p
Is expressed by the following equation 11.

【数11】yp=Asin(ωt−φ) ここで、Aは次の数12で示される。[Mathematical formula-see original document] y p = Asin (ωt-φ) where A is expressed by the following equation 12.

【数12】 従って、図2と数11を考慮すると、ω=ωn(α=0)に
設定することにより、未知の加速度αが働いたとき、位
相遅れφを読取ることにより効率良く未知の加速度を求
めることができる。
[Equation 12] Therefore, considering FIG. 2 and Equation 11, by setting ω = ω n (α = 0), the unknown acceleration can be efficiently obtained by reading the phase delay φ when the unknown acceleration α works. You can

【0013】次に、本発明のより具体的な第一実施例を
図3に基づき説明する。なお、同図(A)は左側面図、
同図(B)は上面図である。同図に示す加速度検出装置
10は、U字状ベース12と、該ベース12に一端を固
定された振動手段としての振動子14と、振動子14を
振動させる加振手段16と、光電型エンコーダよりなる
変位検出手段18とを備える。前記振動子14は板バネ
状に形成され、その自由端には角柱状強磁性体よるなる
筒20が嵌合され、更に振動子14の端部には可動スケ
ール22が設けられている。
Next, a more specific first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same figure (A) is a left side view,
FIG. 3B is a top view. The acceleration detecting device 10 shown in the same drawing is a U-shaped base 12, a vibrator 14 as one of the vibrating means having one end fixed to the base 12, a vibrating means 16 for vibrating the vibrator 14, and a photoelectric encoder. And a displacement detecting means 18 formed of. The vibrator 14 is formed in a leaf spring shape, a cylinder 20 made of a prismatic ferromagnetic body is fitted to the free end of the vibrator 14, and a movable scale 22 is provided at the end of the vibrator 14.

【0014】又、加振手段16は、棒状コア24と、該
棒状コア24に巻回された励振コイル26で構成され、
ブッシュ28を介してベース12に固定されている。そ
して、棒状コア24の先端は前記強磁性体筒20の平面
部に近接している。本実施例にかかる加速度検出装置1
0は概略以上のように構成され、次にその作用について
説明する。まず、先端に設けられた筒20及び可動スケ
ール22を含む振動子14の 質量 M=1×10-6kg・sec2/mm ヤング率 E=1.2×104kg/mm2 バネの板厚 h=0.2mm バネの幅 b=3mm バネの長さ L=42mm とすると、 ω=ωn(α=0)=(3EI/ML31/2≒31.174sec-1 となる。
The vibrating means 16 is composed of a rod-shaped core 24 and an excitation coil 26 wound around the rod-shaped core 24,
It is fixed to the base 12 via a bush 28. The tip of the rod-shaped core 24 is close to the flat surface portion of the ferromagnetic tube 20. Acceleration detection device 1 according to the present embodiment
0 is configured as described above, and its operation will be described below. First, the mass of the vibrator 14 including the cylinder 20 and the movable scale 22 provided at the tip M = 1 × 10 −6 kg · sec 2 / mm Young's modulus E = 1.2 × 10 4 kg / mm 2 Spring plate Thickness h = 0.2 mm Spring width b = 3 mm Spring length L = 42 mm, ω = ω n (α = 0) = (3EI / ML 3 ) 1/2 ≈31.174 sec −1 .

【0015】重力加速度をGとした場合、加速度αが α=0.3G=0.3×9800mm/sec2 になったとき ωn(α=0.3G)={3(EI/ML3−α/2L)}1/2≒30.607sec-1 となる。従って、 r(α=0.3G)=ω/ωn≒31.174/30.607≒1.0185 となる。When the gravitational acceleration is G, when the acceleration α becomes α = 0.3G = 0.3 × 9800 mm / sec 2 , ω n (α = 0.3G) = {3 (EI / ML 3 −α / 2L)} 1/2 ≈ 30.607 sec -1 . Therefore, r (α = 0.3G) = ω / ω n ≈31.174 / 30.607≈1.0185.

【0016】このとき、位相遅れφは φ(α=0.3G)≒110.134゜ (ζ=0.1) φ(α=0.3G)≒126.250゜ (ζ=0.05) となる。加速度α=0のときは、φ(α=0)=90゜であ
るから、位相φは加速度α=0.3Gが加わると、 110.134゜−90゜=20.134゜ (ζ=0.1) 126.250゜−90゜=36.25゜ (ζ=0.05) だけ変化する。
At this time, the phase delay φ becomes φ (α = 0.3G) ≈110.134 ° (ζ = 0.1) φ (α = 0.3G) ≈126.250 ° (ζ = 0.05) .. Since φ (α = 0) = 90 ° when the acceleration α = 0, the phase φ becomes 110.134 ° −90 ° = 20.134 ° (ζ = 0 when the acceleration α = 0.3G is applied. .1) Change by 126.250 ° -90 ° = 36.25 ° (ζ = 0.05).

【0017】同様に加速度αが α=−0.3G=−0.3×9800mm/sec2 になったとき、 ωn(α=-0.3G)={3(EI/ML3−α/2L)}1/2≒31.730 従って、 r(α=-0.3G)=ω/ωn=31.174/31.130≒0.9825 となる。Similarly, when the acceleration α becomes α = −0.3G = −0.3 × 9800 mm / sec 2 , ω n (α = −0.3G) = {3 (EI / ML 3 −α / 2L )} 1/2 ≈ 31.730 Therefore, r (α = -0.3G) = ω / ω n = 31.174 / 31.130≈0.9825.

【0018】このとき、位相遅れφは φ(α=-0.3G)≒69.191゜ (ζ=0.1) φ(α=0.3G)≒52.761゜ (ζ=0.05) であるから、位相φは加速度α=−0.3Gが加わる
と、 69.191゜−90゜=−20.809゜ (ζ=0.1) 52.761゜−90゜=−37.139゜ (ζ=0.05) だけ変化する。
At this time, the phase delay φ is φ (α = -0.3G) ≈69.191 ° (ζ = 0.1) φ (α = 0.3G) ≈52.761 ° (ζ = 0.05) Therefore, the phase φ is 69.191 ° -90 ° = -20.809 ° (ζ = 0.1) 52.761 ° -90 ° = -37.139 ° when acceleration α = -0.3G is applied. It changes by (ζ = 0.05).

【0019】以上のことから、図3に示す質量MをFsi
nωtで強制振動させると、X軸方向に加速度αが働く
と、位相遅れ角φが大きく変化するので、変位検出手段
18により該位相遅れ角φを検出することで未知の加速
度αを知ることができる。そして、図4に示すように、
sinωtに同期させて鋸歯状波を作り、t1−t0又はt3
−t2を求めれば、位相遅れφを求めることができる。
From the above, the mass M shown in FIG.
When forced oscillation is performed at nωt, the phase delay angle φ changes greatly when the acceleration α acts in the X-axis direction. Therefore, by detecting the phase delay angle φ by the displacement detection means 18, the unknown acceleration α can be known. it can. Then, as shown in FIG.
A sawtooth wave is generated in synchronization with sinωt, and t 1 −t 0 or t 3
If −t 2 is calculated, the phase delay φ can be calculated.

【0020】なお、本発明では重力方向の加速度βの変
化も検出できる。このときは、α=G+βとして、αの
代りにβを変数にして同様に求めることになる。
In the present invention, the change in the acceleration β in the direction of gravity can also be detected. In this case, α = G + β is set, and β is used as a variable instead of α, and similarly obtained.

【0021】次に、図5〜図9に基づき本実施例におい
て用いられている変位検出手段18について説明する。
図5には本発明の一実施例にかかる変位検出手段を構成
する光電型エンコーダ18の縦断面図が示されており、
また図6には図5VI−VI線での断面図が示されている。
同図において、光電型エンコーダ18は可動スケール2
2と固定スケール60を含み、両スケールの相対移動量
を検出するものである。固定スケール60の図5中上面
には、一個の発光素子62及び四個の受光素子64a,
64b,…64dが配置されている。発光素子62及び
各受光素子64のリード線は、プリント基板66に固定
されている。前記可動スケール22には、図7に示す第
一格子68が設けられ、Y軸に直交する格子が形成され
ている。
Next, the displacement detecting means 18 used in this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a vertical sectional view of a photoelectric encoder 18 which constitutes a displacement detecting means according to one embodiment of the present invention.
Further, FIG. 6 shows a sectional view taken along the line VI-VI of FIG.
In the figure, the photoelectric encoder 18 is a movable scale 2
2 and the fixed scale 60, and detects the relative movement amount of both scales. On the upper surface of the fixed scale 60 in FIG. 5, one light emitting element 62 and four light receiving elements 64a,
64b, ..., 64d are arranged. The lead wires of the light emitting element 62 and each light receiving element 64 are fixed to the printed circuit board 66. The movable scale 22 is provided with a first lattice 68 shown in FIG. 7, and a lattice orthogonal to the Y axis is formed.

【0022】一方、固定スケール60は、図8から明ら
かなように、第二格子72及び第三格子74a,74
b,…74dを備えている。そして、第二格子72は前
記発光素子62に対応する透過式格子よりなり、また第
三格子74a,74b,…74dはそれぞれ受光素子6
4a,64b,…64dに対応する透過格子よりなる。
このため、発光素子62から出光した光Lは第二格子7
2を介して第一格子68に反射され、該反射光は第三格
子74a,74b,…74dを介して受光素子64a,
64b,…64dに受光される。以上のように、本実施
例にかかる光電型エンコーダは、Y軸方向への相対移動
に対して第二格子部72、第一格子68、第三格子74
a,74b,…74d、受光素子64a,64b,…6
4dが、三格子型変位検出器として機能する。
On the other hand, the fixed scale 60 has a second grating 72 and third gratings 74a, 74a, as apparent from FIG.
b, ... 74d. The second grating 72 is a transmissive grating corresponding to the light emitting element 62, and the third gratings 74a, 74b, ...
4a, 64b, ... 64d.
Therefore, the light L emitted from the light emitting element 62 is reflected by the second grating 7
2 is reflected by the first grating 68, and the reflected light passes through the third gratings 74a, 74b ,.
The light is received at 64b, ..., 64d. As described above, the photoelectric encoder according to the present embodiment is configured so that the second grating portion 72, the first grating 68, and the third grating 74 with respect to the relative movement in the Y-axis direction.
74d, light receiving elements 64a, 64b, ... 6
4d functions as a three-lattice type displacement detector.

【0023】すなわち、三格子型変位検出器は図9に示
すように3枚の格子の重なり合いの変化により変位量を
検出するものである(Journal of the optical society
of America, 1965, vol.55, No.4, p373-381)。図9に
示す三格子型変位検出器は、平行配置された第二格子7
2及び第三格子74と、両格子72,74の間に相対移
動可能に平行配置された第一格子68と、前記第二格子
72の図中左側に配置された発光素子62と、前記第三
格子74の図中右側に配置された受光素子64と、を含
む。そして、発光素子62から出射された光は第二格子
72、第一格子68、第三格子74を介して受光素子6
4に至り、該受光素子64は各格子72,68,74で
制限された照明光を光電変換し、更にプリアンプ78で
増幅して検出信号sを得る。
That is, the three-lattice type displacement detector detects the amount of displacement by the change in the overlapping of three lattices as shown in FIG. 9 (Journal of the optical society).
of America, 1965, vol.55, No.4, p373-381). The three-lattice type displacement detector shown in FIG. 9 has a second lattice 7 arranged in parallel.
The second and third gratings 74, the first grating 68 arranged in parallel between the two gratings 72, 74 so as to be relatively movable, the light emitting element 62 arranged on the left side of the second grating 72 in the drawing, and the first grating 68 And a light receiving element 64 arranged on the right side of the three gratings 74 in the drawing. Then, the light emitted from the light emitting element 62 passes through the second grating 72, the first grating 68, and the third grating 74, and the light receiving element 6
4, the light receiving element 64 photoelectrically converts the illumination light limited by the gratings 72, 68, 74 and further amplifies it by the preamplifier 78 to obtain the detection signal s.

【0024】ここで、第一格子68が、第二格子72及
び第三格子74に対して例えばY方向に相対移動する
と、発光素子62からの照明光のうち、格子72,6
8,74により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信
号sは略正弦波として出力される。そして、前記第一格
子68のピッチP1と検出信号sの波長Pが対応し、該
検出信号sの波長及びその分割値より前記第一格子68
の相対移動量を測定するものである。従って、第一格子
68を可動スケール22に、第二格子72及び第三格子
74を固定スケール60にそれぞれ設置することによ
り、両スケールの相対移動量を検出することができる。
Here, when the first grating 68 moves relative to the second grating 72 and the third grating 74 in the Y direction, for example, the gratings 72, 6 of the illumination light from the light emitting element 62 are moved.
The amount of light blocked by 8, 74 gradually changes, and the detection signal s is output as a substantially sine wave. The pitch P 1 of the first grating 68 corresponds to the wavelength P of the detection signal s, and the first grating 68 is determined from the wavelength of the detection signal s and its division value.
The relative movement amount of is measured. Therefore, by disposing the first grating 68 on the movable scale 22 and the second grating 72 and the third grating 74 on the fixed scale 60, the relative movement amount of both scales can be detected.

【0025】そして、第三格子74aにはAy相用の格
子、第三格子74bにはAy'相用の格子、第三格子7
4cにはBy相用の格子、第三格子74dにはBy'相
用の格子がそれぞれX軸に平行にピッチP3の格子が形
成されている。従って、Ay=O゜とすると、Ayに対
して Ay'=180゜(1/2P3異なる) By=90゜(1/4P3異なる) By'=270゜(3/4P3異なる) となるように目盛が付けられている。
The third lattice 74a has an Ay phase lattice, the third lattice 74b has an Ay 'phase lattice, and the third lattice 7
A 4 phase grating is formed on 4c, and a By'phase grating is formed on the third grating 74d at a pitch P 3 in parallel with the X axis. Therefore, if Ay = O °, then Ay '= 180 ° (1 / 2P 3 different) By = 90 ° (1 / 4P 3 different) By' = 270 ° (3 / 4P 3 different) The scale is attached like this.

【0026】この結果、受光素子64a,64b,64
c,64dからは、それぞれπ/2ずつ位相のずれたA
y相、Ay'相、By相、By'相の信号を得ることがで
き、Ay相−Ay'相より差動振幅増幅されたAy相出
力を、またBy相−By'相より差動振幅増幅されたB
y相出力を得る。そして、該Ay相出力及びBy相出力
の位相のずれ方向等よりスケールのX方向への相対移動
方向の弁別を行なうと共に、電気的に検出信号の分割を
行ない、分解能の高い変位量検出を行なっている。以上
のように、本実施例にかかる変位検出手段18によれ
ば、Y方向への移動方向及び移動距離を非接触で正確に
検出することができる。
As a result, the light receiving elements 64a, 64b, 64
From c and 64d, A with a phase shift of π / 2 each
Signals of y-phase, Ay'-phase, By-phase, and By'-phase can be obtained, and the Ay-phase output amplified by the differential amplitude amplification from the Ay-phase-Ay'-phase and the differential amplitude from the By-phase-By'-phase. Amplified B
Obtain the y-phase output. Then, the relative movement direction of the scale in the X direction is discriminated from the phase shift direction of the Ay phase output and the By phase output, and the detection signal is electrically divided to detect the displacement amount with high resolution. ing. As described above, the displacement detecting unit 18 according to the present embodiment can accurately detect the moving direction and the moving distance in the Y direction in a non-contact manner.

【0027】以上説明したように本実施例にかかる加速
度検出装置によれば、振動子14を極めてシンプルな構
成とすることができ、圧電素子等の貼着も要求されない
ため、誤差を低減させることができる。また、振動子と
は非接触の光電型エンコーダを用いて振動検出を行なっ
ているので、加速度を高分解能、高精度で測定すること
ができる。また、前記実施例において、ベース12と振
動子14の線膨張係数はほぼ等しいことが好適である。
As described above, according to the acceleration detecting device of this embodiment, the vibrator 14 can be made to have an extremely simple structure, and it is not necessary to attach a piezoelectric element or the like, so that the error can be reduced. You can Further, since the vibration is detected using the photoelectric encoder that is not in contact with the vibrator, the acceleration can be measured with high resolution and high accuracy. Further, in the above-described embodiment, it is preferable that the base 12 and the vibrator 14 have substantially the same linear expansion coefficient.

【0028】すなわち、ベース12と振動子14の線膨
張係数が大きく異なると、温度変化により可動スケール
22と固定スケール60の間隙が変化し、測定誤差を増
大するおそれがあるためである。なお、励振コイルへの
印加電圧はパルス状或いは正弦波状電圧とすることが可
能である。図10には本発明の第二実施例にかかる加速
度検出装置が示されており、前記従来技術と対応する部
分には符号100を加えて示し、説明を省略する。同図
に示す加速度検出装置110は、逆方向を向いた同一構
成の加速度検出部110a,110bを備える。なお、
各加速度検出部110a,110bの構成は前記図3に
示した加速度検出装置10と同一である。
That is, if the linear expansion coefficients of the base 12 and the vibrator 14 are greatly different, the gap between the movable scale 22 and the fixed scale 60 may change due to temperature change, which may increase the measurement error. The voltage applied to the excitation coil can be pulsed or sinusoidal. FIG. 10 shows an acceleration detecting device according to a second embodiment of the present invention. A portion corresponding to the above-mentioned conventional technique is shown by adding reference numeral 100 and its explanation is omitted. The acceleration detection device 110 shown in the figure includes acceleration detection units 110a and 110b having the same configuration and oriented in opposite directions. In addition,
The configuration of each acceleration detection unit 110a, 110b is the same as that of the acceleration detection device 10 shown in FIG.

【0029】そして、本実施例においては、各加速度検
出部110a,110bの出力を合成することにより検
出能力が2倍になり、且つドリフト等の誤差要因が相殺
される。また、本実施例においては、位相差φではなく
振動子114a,114bの振動数変化より加速度検出
を行なうこともできる。すなわち、振動子114a,1
14bの振動数をそれぞれf1,f2とすると、次の数1
3及び数14に示す関係式が成立つ。
In this embodiment, the outputs of the acceleration detectors 110a and 110b are combined to double the detection capability and offset the error factors such as drift. Further, in the present embodiment, the acceleration can be detected not by the phase difference φ but by the frequency change of the vibrators 114a and 114b. That is, the vibrators 114a, 1
If the frequencies of 14b are f 1 and f 2 , respectively, the following equation 1
3 and the relational expression shown in Expression 14 are established.

【数13】 2πf1=(3EI/ML3−3α/2L)1/2 ## EQU13 ## 2πf 1 = (3EI / ML 3 -3α / 2L) 1/2

【数14】 2πf2=(3EI/ML3+3α/2L)1/2 前記数13より、[Equation 14] 2πf 2 = (3EI / ML 3 + 3α / 2L) 1/2 From the above Equation 13,

【数15】(2πf12=3EI/ML3−3α/2L 前記数14より、(2πf 1 ) 2 = 3EI / ML 3 −3α / 2L From the above formula 14,

【数16】(2πf22=3EI/ML3+3α/2L となる。## EQU16 ## (2πf 2 ) 2 = 3EI / ML 3 + 3α / 2L.

【0030】前記数15−数16を求めると、 4π2(f2 2−f1 2)=3α/L α=4π2L(f2 2−f1 2)/3 =4π2L(f2−f1)(f2+f1)/3 ここで、π,Lは定数であるから、f2,f1を測定する
ことにより、加速度αを算出することができる。従っ
て、この場合には変位検出手段118a,118bは、
それぞれ変位より振動数を算出する。
[Mathematical formula-see original document] When Equations (15)-(16) are obtained, 4π 2 (f 2 2 −f 1 2 ) = 3α / L α = 4π 2 L (f 2 2 −f 1 2 ) / 3 = 4π 2 L (f 2− f 1 ) (f 2 + f 1 ) / 3 Since π and L are constants, the acceleration α can be calculated by measuring f 2 and f 1 . Therefore, in this case, the displacement detecting means 118a and 118b are
The frequency is calculated from each displacement.

【0031】又、前記各実施例において加速度αを検出
し、時間積分すれば速度Vを求めることができ、更に速
度Vを時間積分すれば変位を求めることができる。従っ
て、本発明は加速度の他、移動物体の速度、変位量の検
出にも用いることができる。このように、本発明にかか
る加速度検出装置を速度、変位量の検出に用いた場合、
正確な検出を長時間にわたって行なうことができる。す
なわち、従来の自家用車等の速度検出は、車輪の回転を
検出し、タイヤの外周長を乗算することにより行なって
いたが、これではタイヤが摩耗した場合等には精度が悪
くなる欠点があった。しかしながら、本発明にかかる加
速度検出装置を用いれば、非接触で加速度検出を行なっ
ているので、正確な速度、変位量算出を長期間にわたっ
て継続することができる。
Further, in each of the above embodiments, the velocity V can be obtained by detecting the acceleration α and integrating it over time, and the displacement can be obtained by further integrating the velocity V over time. Therefore, the present invention can be used not only for acceleration but also for detection of velocity and displacement of a moving object. As described above, when the acceleration detecting device according to the present invention is used for detecting the velocity and the displacement amount,
Accurate detection can be performed for a long time. That is, the conventional speed detection of a private car or the like is performed by detecting the rotation of the wheels and multiplying the outer peripheral length of the tire, but this has the drawback that the accuracy deteriorates when the tire wears. It was However, when the acceleration detecting device according to the present invention is used, since the acceleration is detected in a non-contact manner, accurate speed and displacement amount calculation can be continued for a long period of time.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる加速
度検出装置によれば、振動手段にその伸長方向と直交す
る方向への振動力を印加し、前記振動手段の振動方向へ
の変位を検出して加速度算出をすることとしたので、簡
易な構成で正確に加速度検出を行なうことが可能とな
る。
As described above, according to the acceleration detecting apparatus of the present invention, the vibration force is applied to the vibrating means in the direction orthogonal to the extending direction, and the displacement of the vibrating means in the vibrating direction is detected. Since the acceleration is calculated in this manner, the acceleration can be accurately detected with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】,[Figure 1]

【図2】本発明の加速度検出原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an acceleration detection principle of the present invention.

【図3】本発明の第一実施例にかかる加速度検出装置の
構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an acceleration detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第一実施例にかかる加速度検出装置の
検出状態の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a detection state of the acceleration detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】,[Figure 5]

【図6】,FIG. 6,

【図7】,[Fig. 7]

【図8】,[FIG. 8]

【図9】本発明の第一実施例にかかる加速度検出装置に
用いられる変位検出手段の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of displacement detecting means used in the acceleration detecting device according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第二実施例にかかる加速度検出装置
の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of an acceleration detecting device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,110 加速度検出装置 14,114 振動手段 16,116 加振手段 18,118 変位検出手段 10,110 Acceleration detecting device 14,114 Vibrating means 16,116 Vibrating means 18,118 Displacement detecting means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒木 真吾 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株式 会社ミツトヨ開発研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shingo Kuroki 165 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Mitutoyo R & D Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 略加速度印加方向に伸長した振動手段
と、 前記振動手段にその伸長方向と直交する方向への振動力
を印加する加振手段と、 前記振動手段の振動方向への変位を検出する変位検出手
段と、 を備えたことを特徴とする加速度検出装置。
Claim: What is claimed is: 1. A vibrating means extending substantially in an acceleration application direction, a vibrating means for applying a vibrating force to the vibrating means in a direction orthogonal to the extending direction, and a vibration of the vibrating means. An acceleration detecting device comprising: a displacement detecting unit that detects displacement in a direction.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015187613A (en) * 2011-06-24 2015-10-29 ルメダイン テクノロジーズ インコーポレイテッド Device and method of measuring time area of vibration perturbation

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