JPH077014B2

JPH077014B2 - 加速度計

Info

Publication number: JPH077014B2
Application number: JP63151582A
Authority: JP
Inventors: 雄三小口; 文人小松; 英男臼杵
Original assignee: 株式会社三協精機製作所
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH01318965A; US5024088A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、全方位の微小な加速度を検出可能な加速度計
に関する。

（従来の技術）加速度計の一つの方式として、振り子の変位量をサーボ
機構の電気的ばねで零位置になるように力をバランスさ
せ、このときのフィードバック電流から加速度を検出す
るようにしたものがある。しかし、この方式の加速度計
は、振り子の一方向の変位を検出するものであるため、
全方位の加速度を検出するには、少なくとも３個の加速
度計を用いる必要があり面倒である。

一つの加速度計で全方位の加速度を検出するものとして
特開昭59−5965号公報記載のものが知られている。これ
はジャイロコンパスの原理を利用したもので、内部に高
速回転するこまを有する内球とその外側の外球とを有し
てなり、加速度が加わったときの内球に対する外球の相
対移動を検出するようにしたものである。

また、円筒上の磁石を物体に固定し、この磁石の内側に
別の磁石を配置し、加速度が加わったとき外側の磁石に
対する内側の磁石の相対移動量を検出することによって
加速度を検出するようにしたものも知られている。特公
昭54−6226号公報記載のものがこれである。

（発明が解決しようとする課題）特開昭59−5965号公報記載のものによれば、ひとつの加
速度計で全方位の加速度を検出することができるが、内
球と外球とが接しているため、微小な加速度の検出には
向いていない。

一方、特公昭54−6226号公報記載のものの原理を利用す
れば、検出体を非接触で支持できる可能性があり、微小
な加速度の検出に利用できる可能性があるが、検出体の
位置をフィードバック制御するものではないため、実用
には向かないし、重力その他の要因によって検出体が変
位してもこれを所定の位置にフィードバック制御するこ
とができず、正確な加速度検出はできない。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、簡単な構成ながら、全方位のしかも微小
な加速度を検出することができる加速度計を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、導電体が配置された支持体と、加速度が加わ
ったとき上記支持体に対して相対移動する検出体と、上
記検出体の中心から放射方向に３個以上設けられ、内周
面で上記導電体と適宜の間隔をおいて対向することによ
りコンデンサを構成する環状導電磁性体と、上記環状導
電磁性体の外周面と適宜の間隙を有して設けられ、上記
検出体を支持体から浮上させる電磁石と、上記コンデン
サの容量変化により上記検出体の位置を検出する検知手
段と、この検知手段の検知結果に基づいて上記検出体に
加わった加速度の大きさと方向を演算する演算部とを有
することを特徴とする。

（作用）検出体は電磁石によって常に支持体から浮上させられて
いる。加速度が加わると検出体が支持体に対して相対移
動し、この検出体の移動によりコンデンサの容量が変化
し、この容量変化を検知手段が検知し、この検知手段の
検知結果を演算部で演算することにより加速度を検出す
ることができる。また、検知手段の検知結果に基づいて
電磁石をフィードバック制御すれば、検出体を支持体に
対して所定の相対位置に保持することができる。

（実施例）以下、図面を参照しならが本発明にかかる加速度計の実
施例を説明する。

第１図ないし第３図において、符号１は加速度計の本体
を構成する金属製の支持体であり、上下に分割された二
つの部材をねじ止めすることによって構成されている。
上記支持体１は全体が三角柱状になっており、三つの外
側面に形成された円形の凹嵌部1cにはそれぞれの上記外
側面に沿うようにして三個一組の電磁石25が埋め込まれ
ている。従って、電磁石25は合計９個用いられている。
支持体１の各面における三個一組の電磁石25は第１図に
示すように共通の中心点に対して120度間隔で配置され
ている。各電磁石25は、磁性材の板を積層すると共に支
持体１に固定されてなる鉄心３と、この鉄心３の外周に
はめられたボビン４と、このボビン４に巻かれたコイル
５とを有してなる。

支持体１には同支持体１を上下方向に貫く円筒状の孔1a
が支持体１の横断面中央に形成されており、この孔1aに
は加速度の検出体２が配置されている。検出体２は、上
記孔1a内に所定の間隙をおいて緩くはまるリング状の基
部とこの基部から放射状に120度間隔で伸びた腕部2aと
を有する。上記リング状の基部は合成樹脂等の非磁性体
で作られ、上記各腕部2aの先端部にはアルミニウムリン
グ2bがはめられている。このアルミニウムリング2bの外
周には鉄リング2cがはめられている。この鉄リング2cは
環状導電磁性体を構成している。

上記支持体１の３個の各外側面に形成された前記円形の
凹嵌部1cには、円盤状の絶縁板22がはめられている。各
絶縁板22には、前記コイルボビン４に対する逃げ窓が形
成されている。各絶縁板22にはまた、その中央部におい
て誘電突起６が固定されている。各誘電突起６は、六つ
の導電体6aと六つの絶縁体6bとが円周方向に交互に配置
されて円柱状に形成されており、その両端部が絶縁板22
の表面側と裏面側にそれぞれ突出している。そして、各
絶縁板22の裏面側に突出した誘電突起６の端部は、前記
検出体２の各腕部2aの先端のアルミニウムリング2b内に
同リング2bの内周面との間に所定の間隙26をおいてはま
り込んでいる。上記アルミニウムリング2bと誘電突起６
を構成する導電体6aは検出体２の位置を検知する検知手
段としてのコンデンサ28（第５図参照）の電極を構成し
ており、これらリング2bと導電体6aとの間隔26が変化す
ることによって上記コンデンサ28の容量が変化する。上
記各絶縁板22の外側面にはプリント基板７が重ねて固定
されている。第４図に示すように、プリント基板７には
上記誘電突起６に対する逃げ孔7bが形成されると共に、
一端がこの逃げ孔7bの周りに集中する複数のプリントパ
ターン7aが形成されている。各プリントパターン7aの一
端部はそれぞれ誘電突起６を構成する導電体6aに半田付
けによって接続され、２個一組のプリントパターン7aの
他端部間にはインダクタ（コイル）20が接続されてい
る。このインダクタ20と上記コンデンサ28とによって第
５図に示す共振回路８を構成している。

前記支持体１の各側面に沿って配置された３個一組の電
磁石25の各鉄心３の先端面は検出体２のひとつの腕部2a
の先端部の鉄リング2cの外周面に対して所定の間隙をお
いて対向している。各電磁石25は後述の制御回路により
制御され、上記３個の電磁石25の吸引力のバランスをと
ることにより、上記各鉄心３と各鉄リング2cとの間に所
定の間隔を保たせ、もって、検出体２全体を支持体１か
ら浮上させるようになっている。

第５図において、前記共振回路８の発振出力はカウンタ
９で直接サンプリングされる。このカウント結果はバッ
ファ10に送られて一時保存されると共にそのデータは演
算プロセッサ11で演算処理される。E²PROM12には、検出
体２が中心位置で浮上している状態のときの共振周波数
情報や、温度、湿度等によるオフセット情報がプログラ
ムされている。また、ROM13には演算プロセッサ11にお
ける演算プログラムが書き込まれている。演算プロセッ
サ11における演算結果及び温度センサ14からのデータ
と、E²PROM12のデータはMPU15において比較され、その
結果に基づいて各電磁石25への通電状態が切り替えられ
る。第５図における符号16は、MPU15における比較結果
に基づき各電磁石25のコイル５を駆動するためのドライ
バである。

次に、上記実施例の動作を説明する。

加速度が加わらない状態では、検出体２はその各鉄リン
グ2cと各鉄心３との間の吸引力の釣合がとれて支持体１
から浮上している。検出体２の位置は、共振回路８、カ
ウンタ９、バッファ10、演算プロセッサ11等を含む検出
回路で常時チェックされ、上記の釣合が崩れると、その
検出信号に基づいてMPU15から各ドライバ16を経て各電
磁石のコイル５にフィードバックがかかり、検出体２が
常に支持体１に対し所定の相対位置に浮上状態で保持さ
れる。

いま、加速度が加わると、検出体２は慣性によりその位
置を保とうとするため、検出体２の前記各をアルミニウ
ムリング2bと誘電突起６の各導電体6aとの間隔26が、あ
る組については接近し、ある組については遠ざかる。従
って、３個の上記リング2aと３個の導電体6aとで構成さ
れる３個のコンデンサ28の容量があるものは増大し、あ
るものは減少する。このコンデンサ28の容量の変化は、
第５図における共振回路８の共振周波数の変化となり、
これをカウンタ９でカウントすることにより検出する。
コンデンサ28は支持体１の一側面につき３個、合計９個
形成されており、この合計９個のコンデンサ28の容量変
化を検出し、これを演算プロセッサ11で演算することに
より加速度の大きさと方向を検出することができる。ま
た、こうして検出された加速度の大きさと方向に応じて
各電磁石25のコイル５に通電する電流を制御することに
より電磁石25による各方向の磁力が制御され、検出体２
が所定の中心位置に支持体１から浮上した状態で保持さ
れる。

第６図、第７図は検出体２が相対移動して各共振回路８
の共振周波数のバランスが崩れた状態と、フィードバッ
ク制御によりバランスしている状態を示す。検出体２が
支持体１に対して相対移動すると、第６図に示すように
アルミニウムリング2bと導電体6aとの間隔が部分的に異
なり、共振回路８の発振周波数がアルミニウムリング2b
と各導電体6aとの間で形成されるコンデンサ28ごとにば
らつく。そこで、第７図に示すように各共振回路の発振
周波数が略等しくなるように各コイル５の駆動電流を制
御すれば、検出体２を所定の中央位置に浮上状態で保持
させることができる。

このように、上記実施例によれば、検出体２を支持体１
から浮上させているため、加速度が加わったとき敏感に
反応し、感度の高い加速度計を得ることができる。ま
た、三角柱状の支持体１の各側面においてそれぞれ３方
から検出体２の位置を検出するようにしたため、全方位
の加速度を検出することが可能であり、構成も比較的簡
単である。さらに、電磁石25で検出体２を浮上させ、検
出体２の位置情報をフィードバックして電磁石25を通電
制御するようにしたため、検出体２が安定に浮上し、重
力その他の要因に左右されることなく正確な加速度を計
測することができる。

なお、検出体の腕部は90度間隔で４ケ所に設け、これに
対応して環状磁性体を４個設けてもよい。これに応じて
電磁石も４ケ所に設けることになる。図示の実施例で
は、検出体２は同検出体２と電磁石25との吸引力で浮上
させるようにしていたが、鉄リング2cの周囲を電磁石25
の鉄心３と同極に着磁して双方の反発力で検出体２を浮
上させるようにしてもよい。

（発明の効果）本発明によれば、検出体を支持体から浮上させているた
め、加速度が加わったとき敏感に反応し、感度の高い加
速度計を得ることができる。また、電磁石で検出体を浮
上させ、検出体の位置情報をフィードバックして電磁石
を通電制御することができるため、検出体を安定に浮上
させることができ、重力その他の要因に左右されること
なく正確な加速度を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる加速度計の実施例を示す正面
図、第２図は同上実施例中の検出体の正面図、第３図は
上記実施例の平面図、第４図は上記実施例中のプリント
基板の正面図、第５図は本発明に適用可能な検出回路の
例を示す回路図、第６図は上記検出回路の発振周波数の
変化の様子を示す線図、第７図は同じく発振周波数の別
の変化の様子を示す線図である。１……支持体、２……検出体、11……演算部、25……電
磁石、28……コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−118668（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−43783（ＪＰ，Ａ) 特公昭50−36184（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体が配置された支持体と、加速度が加わったとき上記支持体に対して相対移動する
検出体と、上記検出体の中心から放射方向に３個以上設けられ、内
周面で上記導電体と適宜の間隔をおいて対向することに
よりコンデンサを構成する環状導電磁性体と、上記環状導電磁性体の外周面と適宜の間隙を有して設け
られ、上記検出体を支持体から浮上させる電磁石と、上記コンデンサの容量変化により上記検出体の位置を検
出する検知手段と、この検知手段の検知結果に基づいて上記検出体に加わっ
た加速度の大きさと方向を演算する演算部とを有してな
る加速度計。