JPH0627130A - 回転センサ - Google Patents

回転センサ

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JPH0627130A
JPH0627130A JP9163093A JP9163093A JPH0627130A JP H0627130 A JPH0627130 A JP H0627130A JP 9163093 A JP9163093 A JP 9163093A JP 9163093 A JP9163093 A JP 9163093A JP H0627130 A JPH0627130 A JP H0627130A
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rotation
cavity
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housing
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JP9163093A
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John W Reeds
ジョン・ダブリュ・リィーズ
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Raytheon Co
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Hughes Aircraft Co
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0888Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values for indicating angular acceleration

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、構造が簡単で組立てが容易で有
り、廉価な回転センサをえることを目的とする。 【構成】 外壁14と内壁16に挟まれた空洞を有し、回転
可能な目標物体に取付けられているドーナッツ型の円筒
型のハウジング12と、この空洞に配置された流体18と、
空洞および流体中に延在して取付けられているピエゾ電
気トランスデューサ20、容量性ダイヤフラム、或るいは
歪みゲージとを具備し、目標物体の回転がハウジング12
と流体18との間に相対的な回転運動を与え、この相対的
な運動が目標物体の回転に比例して前記ピエゾ電気トラ
ンスデューサ20等を偏向させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、運動センサに関し、特
に回転センサに関する。
【0002】
【従来の技術】多くの適用において、目標物体あるいは
車両の回転を感知する必要性が存在する。適用の1範囲
は自動車であり、例えば回転の検知は最適な動的懸架シ
ステムの開発に必要である。別の適用範囲は、低コスト
のミサイルの安定化および誘導に関連する。
【0003】1990年8月7日のJ.G.Small 氏による別出
願明細書の米国特許第07/564,006号明細書は、回転およ
び線形動作を測定できる低コストのセンサを開示してい
る。それは、 平滑な壁のコンテナにおける水のような
低い粘性の流体の運動を使用する。コンテナが回転する
とき、流体はコンテナの壁に関して剪断する。したがっ
て、センサは流体が流れる通路の両側に配置される光源
およびフォトセンサを含む。光源からフォトセンサへの
光の伝播を可変的に阻止する光ファイバあるいは別の弾
性部材は、関連する流体の流れによって偏向され、偏向
は光電気的に検出される。弾性部材は1端部あるいは縁
部に固定して支持され、通路における流体の運動によっ
て生じられる弾性部材の偏向量の関数として光源からの
フォトセンサの光の入射の量を変化するために流体に浮
遊させて運ばれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このセンサは非常に良
く動作するように見えるが、長時間の組立および再整列
中のフォトセルおよび光源を有する光ファイバあるいは
その他の弾性部材の注意深い整合を要求する。通常の回
転センサが多くのこのような適用に対してあまりに費用
がかかりすぎると見られ、前記別出願明細書に開示され
たセンサは組立が難しいと見られるので、さらに簡単で
低価格な設計が必要である。
【0005】
【課題を解決するための手段】この技術における必要性
は、組立が比較的簡単な低価格の回転センサを提供する
本発明によって解決される。本発明は、複数の実施例に
おいて開示されている。各実施例における円筒型のハウ
ジングは、その中に空洞を有してている。流体は空洞中
に配置される。センサは、ハウジングと流体の間の関連
運動を検知するために空洞中に配置されている。第1の
実施例において、センサはピエゾ電気トランスデューサ
である。第2の実施例において、センサは容量性のダイ
ヤフラムである。第3の実施例において、センサは歪み
ゲージである。各実施例において、センサが取り付けら
れている目標物体の回転は、回転動作(角加速度)をセ
ンサのハウジングに伝える。ハウジングは直ちに回転す
るが、流体運動はセンサ素子を偏向させハウジング運動
のより遅れる。検知素子の偏向は、角加速度を決定する
ために処理される電気信号に変換される。
【0006】
【実施例】図1は、本発明の技術によって構成された回
転センサ10の第1の実施例の横断面図である。センサ10
は、外壁14および内壁16を有する金属あるいはプラスチ
ックのドーナツ型の円筒ハウジング12を含む。空洞は内
壁16と外壁14の間に設けられ、3MフルオロナートFC
−77のような絶縁流体18で満たされる。圧電性変換器
20は、流体18中に突出して一部で支持されている。変換
器20は、2つの電極26の間に挟まれた圧電性フィルム22
のストリップを含む。圧電性フィルムは、PennwalT“Ky
nar ”あるいは別の適当な圧電性材料である。Pennwalt
KYNAR圧電性フィルムは、例えば厚さ0.005インチ
の分極したプラスチック材料であり、電極24および26と
してアルミニウムによって2つの両側で金属被覆され
る。圧電性フィルムは直線動作には感度が低いが、回転
動作に応じて偏向する。2つのワイヤ28および30は内壁
16を通って伸び、第1の電極24および第2の電極26にそ
れぞれ接続され、そこへの電気接続およびそこからの出
力の取出しを容易にする。回転センサ10は、センサを機
械的に、あるいは適当な接着剤で固定することによって
回転を検知するために通常車両上あるいは目標物体に取
付けられる。車両が回転する時、回転動作は回転センサ
10に転送される。ハウジング12は目標物体あるいは車両
により回転し、ハウジング12内の流体はその後で最初は
遅い速度で運動を開始し、それらの間の相対的な動作を
生じる。流体およびハウジング12の間の相対的な運動
は、圧電性変換器20を曲げるのに効果的である。変換器
20は、車両の回転と関連した角加速度に応じて高電圧低
電流出力信号を供給する。電気信号は増幅器および計測
器あるいは角度的加速度を示すその他の装置を含む電気
回路(図示されていない)によって処理される。
【0007】図2は、機械を検知するダイヤフラム42を
具備している本発明の回転センサ40の第2の実施例の横
断面図である。図1における第1の実施例に類似するセ
ンサ40の部品は同じ参照符号を有する。ダイヤフラム42
は、センサ40の外壁14に空洞内で取付けられている。ダ
イヤフラム42は、剛性のキャパシタ板46に関して平行に
向い合わせに取り付けられた可撓性キャパシタ膜44を含
む。膜44は、板46に面する表面上に金属被覆あるいは導
電性被覆を有するKaptonあるいはその他の適当な材料か
ら形成される。板46は、金属のような導電性材料の単一
部材である。膜44は、その可撓性を促進するために薄い
中間部分44aを有する。可撓性膜44は、それがいずれの
方向のハウジング12に関連する流体の動作にも応じて曲
がるように空洞中に剛性のキャパシタ板46の端部を越え
て延在している。可撓性膜44が剛性のキャパシタ板46の
方へおよび剛性のキャパシタ板46から離れる方向に移動
する時、ダイヤフラム42のキャパシタンスはそれに応じ
て変化する。この実施例に関して、回転の検出は、図2
には図示されていない容量性ブリッジを含む適当な回路
によって行われるが、ワイヤ28および30に接続される。
【0008】図1および2に示されるように、第1およ
び第2の実施例の変換器20およびダイヤフラム42よりな
る検知素子は、それぞれ内壁16および外壁14から流体18
中に突出して一端が固定されるように取付けられてい
る。本発明によれば、検知素子は壁16あるいは14のどち
らかあるいは両方の壁に取付けられ、それは本発明の技
術的範囲のことである。さらに、第1および第2の実施
例の回転センサ10および40は、1つの検知素子(20ある
いは42)あるいは2以上の同じ検知素子によって実施可
能である。図1および2は、センサ10および40の好まし
い第1および第2の実施例を示す。図1および2それぞ
れにおいて、好ましい実施例の1つは少なくとも2つの
向い合って位置された検知素子(2つの変換器20あるい
は2つのダイヤフラム42)を具備し、別の好ましい実施
例は1つの検知素子(20あるいは40)を具備する。図1
および2の両方における検知素子の1つを囲む破線は、
1つの素子が存在しなくてもよいことを示す。1つの検
知素子(20あるいは42)は、本発明によってワイヤ28お
よび30に十分な信号(圧電性応答あるいはキャパシタン
スにおける変化)を供給するが、若干の雑音を含む。2
つの検知素子(20あるいは42)は信号を増加し、雑音を
本質的に消去する。2つより多くの検知素子(20あるい
は42)は、増加した複雑さおよび費用を犠牲にして素子
の数の平方根によって信号対雑音比を改善する。本発明
は、図1に示された検知素子の数に制限されない。
【0009】図3は、歪みゲージ52を具備している本発
明の回転センサの第3の別の実施例50の横断面図であ
る。簡単にするために、第1の実施例に類似するその他
全ての部品は、同じ参照符号を有する。歪みゲージ52
は、例えばエポキシ樹脂等の接着剤によって空洞の内壁
16に固定される。歪みゲージ52は、例えば0.005イ
ンチのポリアミド(Kapton)の可撓性裏材上のメタルホ
イルメッシュあるいは導電性素子の曲がりくねったパタ
ーンによって構成される。裏材の最適な厚さは、センサ
50の機械的設計および所望な特性によって決定される。
ここで開示された全実施例において、検知素子は長時間
にわたって安定でなければならない。
【0010】図4は、ライン4−4に沿った図3の回転
センサの第3の実施例の断面図である。図4の断面図に
示されるように、好ましい実施例における歪みゲージ52
は共通の裏材上に直線的に配置された導電性金属から形
成された2重活性素子54および56を有する。2重活性素
子54および56は、ノード35がそこから伸び、各素子(54
および56)がノード(34および36それぞれ)において終
端する点で相互接続される。ノードは、素子54および56
における抵抗の変化を測定するためのホイートストンブ
リッジのような図示されていない電気回路に接続されて
いる。
【0011】図5は、センサが回転を受ける時にセンサ
の空洞内の流体によって供給される動的な力に反応して
いる歪みゲージ52を示している本発明の回転センサ50の
第3の実施例の横断面図である。センサ50が回転する
時、流体18は図5に示されるように空洞内で移動し、素
子の1つ56は1方向に移動し、別の素子54は反対の方向
に移動する。これは、圧縮によって素子56の抵抗を減少
させ、張力によって素子54の抵抗を増加させる。この抵
抗の不平衡度は、図4に示されるワイヤによって活性素
子54および56の端部における3つのノード34,35および
36への接続を介してホイートストンブリッジを含んでい
る適当な電気回路によって検知される。
【0012】このように、本発明は特定の適用のための
実施例を参照して説明されているが、本発明がそれに限
定されないということが理解されるべきである。当業者
は、本発明が効果的である技術的範囲および付加的な分
野内の付加的な変化、適用および実施を理解するであろ
う。
【0013】それ故、このような適用、変化および実施
例は特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内
に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によって構成された回転センサの第1の
実施例の横断面図。
【図2】容量性ダイヤフラム検知機構を具備している本
発明の回転センサの第2の実施例の横断面図。
【図3】歪みゲージ検知機構を具備している本発明の回
転センサの第3の実施例の横断面図。
【図4】ライン4−4に沿った図3の回転センサの第3
の実施例の縦断面図。
【図5】センサが回転を受ける時のセンサの空洞内の流
体によってそれに与えられる動的な力に反応する歪みゲ
ージを示している本発明の回転センサの第3の実施例の
横断面図。
【符号の説明】
10,40,50…回転センサ,12…ハウジング,18…流体,20
…トランスデューサ,42…ダイヤフラム,52…歪みゲー
ジ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空洞を有し、回転可能な目標物体に取付
    けられる円筒型のハウジングと、 前記空洞に配置された流体と、 前記空洞および流体中に延在して取付けられているピエ
    ゾ電気トランスデューサとを具備し、 前記目標物体の回転が前記ハウジングと前記流体との間
    に相対的な回転運動を与え、前記相対的な運動が前記目
    標物体の回転に比例して前記ピエゾ電気トランスデュー
    サを偏向させる回転センサ。
  2. 【請求項2】 前記ピエゾ電気トランスデューサは、 前記ピエゾ電気材料の両側に配置されたピエゾ電気電極
    を具備し、 それにおいて前記ピエゾ電気トランスデューサが偏向に
    応じてピエゾ電気反応を生じる請求項1記載の回転セン
    サ。
  3. 【請求項3】 前記ピエゾ電気トランスデューサは、前
    記ハウジング中の反対側に配置されている少なくとも2
    つのトランスデューサ素子を具備し、それらはピエゾ電
    気材料および前記ピエゾ電気材料の両側に配置される1
    対の電極をそれぞれ具備している請求項1記載の回転セ
    ンサ。
  4. 【請求項4】 空洞を有し、回転可能な目標物体上に取
    付けられる円筒型ハウジングと、 前記空洞に配置される流体と、 前記空洞および前記流体中に延在して取付けられている
    容量性ダイヤフラムとを具備し、 前記目標物体の回転が前記ハウジングと前記流体との間
    に相対的な回転運動を与え、前記相対的な運動が前記目
    標物体の回転に比例して前記容量性のダイヤフラムを偏
    向させる回転センサ。
  5. 【請求項5】 前記容量性のダイヤフラムは、 片側に導電性被覆剤を有している可撓性部材と、 この可撓性部材の前記被覆された側においてこの可撓性
    部材と平行に配置されている硬いプレートとを具備し、 可撓性部材は硬いプレートを越えて伸びており、前記相
    対的な回転運動が前記プレートの方向に、あるいは前記
    プレートから離れる方向に前記可撓性部材を偏向し、そ
    れによって前記ダイヤフラムのキャパシタンスを変化さ
    せる請求項4記載の回転センサ。
  6. 【請求項6】 前記容量性のダイヤフラムが前記ハウジ
    ング中の反対側に配置されている少なくとも2つの容量
    性のダイヤフラムを具備し、片側に導電性被覆剤を有す
    る可撓性部材および前記被覆された側において前記可撓
    性部材に平行に配置されている硬いプレートをそれぞれ
    具備している請求項4記載の回転センサ。
  7. 【請求項7】 空洞を有し、回転可能な目標物体上に取
    付けられる円筒型ハウジングと、 前記空洞および流体中に延在して取付けられている歪み
    ゲージとを具備し、 前記目標物体の回転が前記ハウジングと前記流体との間
    に相対的な回転運動を与え、前記相対的な運動が前記目
    標物体の回転に比例して前記歪みゲージを偏向させる回
    転センサ。
  8. 【請求項8】 前記歪みゲージが、 可撓性裏材と、 この可撓性裏材の片側の導電性素子とを具備し、 前記相対的な回転運動が圧縮によって前記歪みゲージの
    1端部を偏向し、張力によって反対の端部を偏向するよ
    うに、前記歪みゲージが前記空洞および流体中に延在し
    ている前記歪みゲージの両端部により前記ハウジングに
    取付けられ、それによって導電性素子の抵抗を変化させ
    る請求項7記載の回転センサ。
  9. 【請求項9】 前記歪みゲージが前記ハウジング中の反
    対側に配置されている2重活性素子を具備し、それらは
    可撓性裏材および前記可撓性裏材の片側における導電性
    素子をそれぞれ具備している請求項7記載の回転セン
    サ。
JP9163093A 1992-04-17 1993-04-19 回転センサ Expired - Lifetime JPH0692977B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US87050892A 1992-04-17 1992-04-17
US870508 1992-04-17

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Publication Number Publication Date
JPH0627130A true JPH0627130A (ja) 1994-02-04
JPH0692977B2 JPH0692977B2 (ja) 1994-11-16

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ID=25355533

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JP9163093A Expired - Lifetime JPH0692977B2 (ja) 1992-04-17 1993-04-19 回転センサ

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