JPH08178949A - Accelerometer - Google Patents
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- JPH08178949A JPH08178949A JP31837294A JP31837294A JPH08178949A JP H08178949 A JPH08178949 A JP H08178949A JP 31837294 A JP31837294 A JP 31837294A JP 31837294 A JP31837294 A JP 31837294A JP H08178949 A JPH08178949 A JP H08178949A
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- pulse
- accelerometer
- difference
- acceleration
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は表面弾性波(SURFACE AC
OUSTIC WAVE :SAW)を利用した加速度計に適用して
好適な共振型加速度計に関する。The present invention relates to surface acoustic waves (SURFACE AC
The present invention relates to a resonance type accelerometer suitable for application to an accelerometer using OUSTIC WAVE (SAW).
【0002】[0002]
【従来の技術】図5を参照して従来の表面弾性波(SA
W)を利用した加速度計の例を説明する。加速度計は固
定壁に片持ち支持された弾性体、例えば梁11と斯かる
梁11の上側及び下側に配置されたSAW共振系20
A、20Bとを有する。梁11は、例えば、水晶、ニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電単結晶によ
って構成され、特に温度特性を重視する場合にはSTカ
ット水晶の単結晶が使用される。2. Description of the Related Art Referring to FIG. 5, a conventional surface acoustic wave (SA
An example of an accelerometer using W) will be described. The accelerometer is an elastic body that is cantilevered on a fixed wall, for example, a beam 11 and a SAW resonance system 20 arranged above and below the beam 11.
A and 20B. The beam 11 is made of, for example, a piezoelectric single crystal of quartz, lithium niobate, lithium tantalate, or the like, and an ST cut quartz single crystal is used particularly when temperature characteristics are emphasized.
【0003】梁11の固定側には支持部材13が装着さ
れ自由端側には重り15が装着されている。上側のSA
W共振系20Aと下側のSAW共振系20Bとは同一構
成を有するので、上側のSAW共振系20Aについて説
明する。A support member 13 is mounted on the fixed side of the beam 11, and a weight 15 is mounted on the free end side. Upper SA
Since the W resonance system 20A and the lower SAW resonance system 20B have the same configuration, the upper SAW resonance system 20A will be described.
【0004】上側のSAW共振系20Aは梁11の上面
11Aに装着された共振器21と電源端子23及び増幅
器25とを有する。共振器21は入力電極21−1及び
出力電極21−2と(図示しない)反射器とを有する。
共振器21は、例えば、フォトリソグラフィ法によって
形成される。斯かるSAW共振系20Aは梁11の上面
11Aに表面弾性波を生成するための共振器を構成す
る。The upper SAW resonance system 20 A has a resonator 21 mounted on the upper surface 11 A of the beam 11, a power supply terminal 23 and an amplifier 25. The resonator 21 has an input electrode 21-1, an output electrode 21-2, and a reflector (not shown).
The resonator 21 is formed by, for example, a photolithography method. The SAW resonance system 20A constitutes a resonator for generating a surface acoustic wave on the upper surface 11A of the beam 11.
【0005】加速度計は更に2つのSAW共振系20
A、20Bの出力信号を入力するバッファアンプ27、
27とミキサ31とフィルタ33とを有する。The accelerometer also includes two SAW resonance systems 20.
A buffer amplifier 27 for inputting the output signals of A and 20B,
27, a mixer 31, and a filter 33.
【0006】電源端子23より電源が供給されると、入
力電極21−1を経由して梁11の上面11Aに振動が
付与される。それによって梁11の上面11Aに表面弾
性波が生成される。斯かる表面弾性波は出力電極21−
2によって検出され、増幅器25に供給される。増幅器
25によって増幅された受信信号はバッファアンプ27
に供給され、同時に入力電極21−1にフィードバック
される。バッファアンプ27、27は、ミキサ31の負
荷変動によって各SAW共振系20A、20Bの振動特
性が影響を受けないように機能する。When power is supplied from the power supply terminal 23, vibration is applied to the upper surface 11A of the beam 11 via the input electrode 21-1. As a result, surface acoustic waves are generated on the upper surface 11A of the beam 11. Such surface acoustic wave is output to the output electrode 21-
2 and is supplied to the amplifier 25. The received signal amplified by the amplifier 25 is a buffer amplifier 27.
And is fed back to the input electrode 21-1 at the same time. The buffer amplifiers 27 and 27 function so that the vibration characteristics of the SAW resonance systems 20A and 20B are not affected by the load variation of the mixer 31.
【0007】下側のSAW共振系20Bの動作も同様で
ある。従って、2つのSAW共振系20A、20Bの出
力信号はミキサ31に供給される。ミキサ31は各SA
W共振系20A、20Bより出力された発振周波数の和
と差を演算する。ミキサ31の出力信号はフィルタ33
に供給され、フィルタ33は発振周波数の和と差より、
次の数1の式によって表される発振周波数の差Δf0 の
みを取り出す。The operation of the lower SAW resonance system 20B is similar. Therefore, the output signals of the two SAW resonance systems 20A and 20B are supplied to the mixer 31. Mixer 31 is each SA
The sum and difference of the oscillation frequencies output from the W resonance systems 20A and 20B are calculated. The output signal of the mixer 31 is the filter 33.
Is supplied to the filter 33 from the sum and difference of the oscillation frequencies,
Only the oscillation frequency difference Δf 0 represented by the following equation 1 is extracted.
【0008】[0008]
【数1】Δf0 =f1 −f2 [Formula 1] Δf 0 = f 1 −f 2
【0009】ここに、f1 は上側のSAW共振系20A
によって生成された表面弾性波の発振周波数、f2 は下
側のSAW共振系20Bによって生成された表面弾性波
の発振周波数である。上側のSAW共振系20Aと下側
のSAW共振系20Bの構成を同一とし共振周波数を同
一とすると、加速度A又は外力Fが作用しないとき発振
周波数の差Δf0 はゼロとなる。Where f 1 is the upper SAW resonance system 20A
Is the oscillation frequency of the surface acoustic wave generated by, and f 2 is the oscillation frequency of the surface acoustic wave generated by the lower SAW resonance system 20B. When the upper SAW resonance system 20A and the lower SAW resonance system 20B have the same structure and the same resonance frequency, the difference Δf 0 between the oscillation frequencies becomes zero when the acceleration A or the external force F does not act.
【0010】加速度計に矢印方向に沿って加速度A又は
外力Fが作用すると梁11は撓み、2面11A、11B
の一方の面は伸び他方の面は縮む。このため上面11A
及び下面11Bに生成された表面弾性波の発振周波数
は、弾性変形によって変化する。即ち、各SAW共振系
20A、20Bより出力される発振周波数は変化する。
従って、フィルタ33より出力される発振周波数の差Δ
f0 が変化する。これより、加速度A又は外力Fは発振
周波数の差Δf0 の関数であることがわかる。When the acceleration A or the external force F acts on the accelerometer along the direction of the arrow, the beam 11 bends and the two surfaces 11A and 11B.
One side extends and the other side contracts. Therefore, the upper surface 11A
Also, the oscillation frequency of the surface acoustic wave generated on the lower surface 11B changes due to elastic deformation. That is, the oscillation frequency output from each SAW resonance system 20A, 20B changes.
Therefore, the difference Δ in the oscillation frequency output from the filter 33
f 0 changes. From this, it can be seen that the acceleration A or the external force F is a function of the difference Δf 0 between the oscillation frequencies.
【0011】発振周波数の差Δf0 にはバイアス周波数
ΔfB が含まれるから、発振周波数の差Δf0 は、バイ
アス周波数ΔfB と入力加速度Aによる変化分A/Kと
の和である。従って、次の式が成り立つ。Since the oscillation frequency difference Δf 0 includes the bias frequency Δf B , the oscillation frequency difference Δf 0 is the sum of the bias frequency Δf B and the change A / K due to the input acceleration A. Therefore, the following equation holds.
【0012】[0012]
【数2】A=K×(Δf0 −ΔfB )## EQU2 ## A = K × (Δf 0 −Δf B )
【0013】ここに、Aは加速度、Kは比例定数、Δf
B はバイアス周波数である。加速度Aの符号±によって
加速度Aの方向を判別することができる。Where A is acceleration, K is proportional constant, and Δf
B is the bias frequency. The direction of the acceleration A can be determined by the sign ± of the acceleration A.
【0014】上述のように、上側のSAW共振系20A
と下側のSAW共振系20Bの構成を同一とし、共振周
波数を一致させると、加速度A又は外力Fが作用しない
とき発振周波数の差Δf0 はゼロとなる。しかしなが
ら、実際には、以下に述べるように、加速度A又は外力
Fがゼロの場合であっても、発振周波数の差Δf0 がゼ
ロとならないように、予め2つの発振周波数f1 、f2
に差を設けてある。加速度A又は外力Fがゼロの場合に
フィルタ33より出力される発振周波数の差Δf B をバ
イアス周波数と称する。As described above, the upper SAW resonance system 20A
And the lower SAW resonance system 20B have the same configuration,
If the wave numbers are matched, acceleration A or external force F does not act
When the difference in oscillation frequency Δf0Is zero. But Naga
In fact, as described below, the acceleration A or the external force
Even if F is zero, the difference in oscillation frequency Δf0Gaze
Two oscillation frequencies f in advance so that they do not become1, F2
There is a difference. When acceleration A or external force F is zero
Oscillation frequency difference Δf output from filter 33 BThe
This is called the ear frequency.
【0015】図6を参照してバイアス周波数ΔfB につ
いて説明する。図6Aはバイアス周波数ΔfB を設けな
い場合、即ち、バイアス周波数ΔfB =0の場合の加速
度Aと発振周波数の差Δf0 の関係を示し、図6Bはバ
イアス周波数ΔfB を設ける場合、即ち、ΔfB ≠0の
場合の加速度Aと発振周波数の差Δf0 の関係を示す。The bias frequency Δf B will be described with reference to FIG. If Figure 6A without the bias frequency Delta] f B, i.e., when the bias frequency Delta] f B = 0 and the acceleration A in the case of showing the relationship of the difference Delta] f 0 of the oscillation frequency, FIG. 6B is to provide a bias frequency Delta] f B, i.e., The relationship between the acceleration A and the difference Δf 0 between the oscillation frequencies when Δf B ≠ 0 is shown.
【0016】加速度計の動作範囲は、例えば、加速度A
がA1 〜A2 の範囲である。斯かる場合、図6Aに示す
ように、バイアス周波数ΔfB =0の場合には、出力信
号である発振周波数の差Δf0 は−Δf2 〜+Δf
1 (Δf2 >0、Δf1 >0)であるものとする。しか
しながら、図6Bに示すように、バイアス周波数ΔfB
≠0の場合には、出力信号である発振周波数の差Δf0
はΔfB −Δf2 〜ΔfB+Δf1 である。The operating range of the accelerometer is, for example, acceleration A
Is in the range of A 1 to A 2 . In such a case, as shown in FIG. 6A, when the bias frequency Δf B = 0, the difference Δf 0 between the oscillation frequencies of the output signals is −Δf 2 to + Δf.
It is assumed that 1 (Δf 2 > 0, Δf 1 > 0). However, as shown in FIG. 6B, the bias frequency Δf B
When ≠ 0, the difference Δf 0 between the oscillation frequencies of the output signals
Is Δf B −Δf 2 to Δf B + Δf 1 .
【0017】一般に、バイアス周波数ΔfB を設けるこ
とによって次のような効果がある。従って、通常はバイ
アス周波数ΔfB を設けるように加速度計を設計する。Generally, providing the bias frequency Δf B has the following effects. Therefore, the accelerometer is usually designed to have the bias frequency Δf B.
【0018】(1)加速度A又は外力Fの方向を判別す
ることができる。 (2)加速度A又は外力Fの値が小さい場合でも、加速
度計の測定可能な周波数領域を任意に設定することがで
きる。 (3)加速度A又は外力Fの値が小さい場合に、2つの
SAW共振系の発振周波数の値が近づき吸い込み現象
(ロックイン)が生ずることを防止する。(1) The direction of the acceleration A or the external force F can be discriminated. (2) Even when the value of the acceleration A or the external force F is small, it is possible to arbitrarily set the measurable frequency range of the accelerometer. (3) When the value of the acceleration A or the external force F is small, the values of the oscillation frequencies of the two SAW resonance systems are prevented from approaching each other to prevent the suction phenomenon (lock-in) from occurring.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】従来の表面弾性波型加
速度計においてバイアス周波数ΔfB を設けても、加速
度A又は外力Fの大きさによっては出力信号、即ち、発
振周波数の差Δf0 が小さい場合があった。従って、発
振周波数の差Δf0 が小さい場合に、以下に述べるよう
に、加速度を正確に得ることができない欠点があった。Even if the bias frequency Δf B is provided in the conventional surface acoustic wave type accelerometer, the output signal, that is, the difference Δf 0 between the oscillation frequencies is small depending on the magnitude of the acceleration A or the external force F. There were cases. Therefore, when the difference Δf 0 between the oscillation frequencies is small, there is a drawback that the acceleration cannot be accurately obtained as described below.
【0020】加速度計の感度は、例えば、入力加速度に
対する出力周波数の比、即ち、1G(Gは重力加速度)
当たりの周波数差Δf0 として表される。通常、周波数
差Δf0 はパルス信号(矩形波信号)として得られ、所
定の計測時間内のパルス数を求めることによって周波数
差Δf0 の値が得られる。従って、計測時間を長くすれ
ば所定のパルス数が得られるから、所定の精度の加速度
を得るためには計測時間を長くしなければならない欠点
があった。The sensitivity of the accelerometer is, for example, the ratio of the output frequency to the input acceleration, that is, 1 G (G is the gravitational acceleration).
It is expressed as a frequency difference Δf 0 per hit. Usually, the frequency difference Δf 0 is obtained as a pulse signal (rectangular wave signal), and the value of the frequency difference Δf 0 is obtained by obtaining the number of pulses within a predetermined measurement time. Therefore, if the measurement time is lengthened, a predetermined number of pulses can be obtained. Therefore, there is a drawback that the measurement time must be lengthened in order to obtain acceleration with a predetermined accuracy.
【0021】こうして、十分長い計測時間を確保できる
場合にはこの形式の加速度計を使用することができる
が、そうでない場合には使用することができない。Thus, this type of accelerometer can be used if a sufficiently long measurement time can be secured, but cannot be used otherwise.
【0022】例えば、ストラップダウン方式の航法装置
では、姿勢、位置及び方位を、例えば10ms毎に演算
する必要があり、従って、短い時間(例えば10ms)
に必要なパルス数を出力することができる加速度計を使
用する必要がある。しかしながら、この形式の加速度計
には上述のように短い時間毎に必要なパルス数を計測す
ることができるものがなく、ストラップダウン方式の航
法装置にこの形式の加速度計を使用することができない
という欠点があった。For example, in a strap-down type navigation device, it is necessary to calculate the attitude, position and azimuth, for example, every 10 ms, and therefore a short time (for example, 10 ms).
It is necessary to use an accelerometer that can output the required number of pulses for. However, there is no accelerometer of this type that can measure the required number of pulses for each short time as described above, and it is not possible to use this type of accelerometer in a strapdown navigation device. There was a flaw.
【0023】また、加速度計の出力信号には、バイアス
周波数ΔfB が含まれており、加速度計の出力信号から
入力加速度を求めるためにはバイアス周波数ΔfB を減
算しなければならない欠点があった。Further, the output signal of the accelerometer, includes a bias frequency Delta] f B, in order to obtain the input acceleration from the output signal of the accelerometer has a disadvantage that must subtract the bias frequency Delta] f B .
【0024】本発明は斯かる点に鑑み、出力信号、即
ち、発振周波数の差Δf0 が小さい場合であっても正確
に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。In view of the above point, an object of the present invention is to provide an accelerometer capable of accurately detecting acceleration even when the output signal, that is, the difference Δf 0 between the oscillation frequencies is small.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図1に示すように、第1の振動部を振動させるための第
1の共振系と第2の振動部を振動させるための第2の共
振系とを有し、外力によって上記第1及び第2の振動部
が変形したとき、上記第1の共振系の共振周波数f1 と
上記第2の共振系の共振周波数f2 の差Δf0 =f1 −
f2 より加速度を求めるように構成された加速度計にお
いて、所定の計測時間tS 内に上記周波数の差Δf0 を
指示するパルス信号を生成し、そのパルス間隔をクロッ
クパルスによって計測し、該パルス間隔より上記周波数
の差Δf0 を演算する周波数演算部と、上記周波数の差
Δf0 をバイアス周波数ΔfB によって補正するバイア
ス補正演算部と、を有することを特徴とする。According to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a first resonance system for vibrating a first vibrating portion and a second resonance system for vibrating a second vibrating portion. When the first and second vibrating parts are deformed by an external force, the difference Δf between the resonance frequency f 1 of the first resonance system and the resonance frequency f 2 of the second resonance system. 0 = f 1 −
In the accelerometer configured to obtain the acceleration from f 2, a pulse signal indicating the frequency difference Δf 0 is generated within a predetermined measurement time t S , the pulse interval is measured by a clock pulse, and the pulse is measured. It is characterized in that it has a frequency calculation section for calculating the frequency difference Δf 0 from the interval and a bias correction calculation section for correcting the frequency difference Δf 0 by the bias frequency Δf B.
【0026】本発明によると、加速度計において、上記
周波数演算部は、所定の計測時間tS 内に上記周波数の
差Δf0 を指示するパルス信号のパルス数Nを計数する
カウンタと、上記所定の計測時間tS 内に上記パルス数
Nに対応して上記クロックパルス数nを計数するレジス
タと、を有するように構成されていることを特徴とす
る。According to the present invention, in the accelerometer, the frequency calculation unit counts the pulse number N of the pulse signal indicating the frequency difference Δf 0 within the predetermined measurement time t S , and the predetermined number. And a register for counting the clock pulse number n corresponding to the pulse number N within the measurement time t S.
【0027】本発明によると、加速度計において、上記
バイアス補正演算部は、上記周波数演算部より供給され
たパルス数N、nと上記クロックパルスの周期Δtと定
数Kより次の式によって加速度を演算するように構成さ
れていることを特徴とする。 A=K(N/nΔt−ΔfB )According to the present invention, in the accelerometer, the bias correction calculation unit calculates the acceleration by the following formula from the number of pulses N and n supplied from the frequency calculation unit, the period Δt of the clock pulse and the constant K. It is characterized in that it is configured to. A = K (N / nΔt−Δf B )
【0028】本発明によると、加速度計において、上記
カウンタは所定の計測時間tS 内に上記周波数の差Δf
0 を指示する矩形波信号を入力してその立ち上がり毎に
1パルス生成することによって上記周波数の差Δf0 を
指示するパルス信号を生成するように構成されているこ
とを特徴とする。According to the present invention, in the accelerometer, the counter is provided with the frequency difference Δf within a predetermined measurement time t S.
It is characterized in that it is configured to generate a pulse signal instructing the frequency difference Δf 0 by inputting a rectangular wave signal instructing 0 and generating one pulse at each rising edge thereof.
【0029】本発明によると、加速度計において、上記
第1及び第2の共振系によってそれぞれ上記第1及び第
2の振動部に生成される振動は表面弾性波であることを
特徴とする。According to the present invention, in the accelerometer, the vibrations generated in the first and second vibrating portions by the first and second resonance systems are surface acoustic waves.
【0030】[0030]
【作用】本例によると、図2Aに示すように所定の計測
時間tS において第1及び第2の共振系より出力信号が
取り出され加速度が演算される。図2Bに示すように斯
かる計測時間tS の間、周期Δtのクロックパルスが供
給される。According to this example, as shown in FIG. 2A, output signals are taken out from the first and second resonance systems at a predetermined measurement time t S , and the acceleration is calculated. As shown in FIG. 2B, the clock pulse having the period Δt is supplied during the measurement time t S.
【0031】計測時間tS が開始されると図2Cに示す
ように2つの共振系の周波数f1 、f2 の差Δf0 =f
1 −f2 の矩形波信号が入力され、図2Dに示すように
その立ち上がりパルスが生成される。この立ち上がりパ
ルスは、周波数の差Δf0 の矩形波信号の立ち上がり毎
に1パルス生成することによって得られる。When the measurement time t S is started, as shown in FIG. 2C, the difference Δf 0 = f between the frequencies f 1 and f 2 of the two resonance systems.
A 1- f 2 rectangular wave signal is input, and its rising pulse is generated as shown in FIG. 2D. This rising pulse is obtained by generating one pulse for each rising of the rectangular wave signal having the frequency difference Δf 0 .
【0032】図2Dに示すように、計測時間tS におい
て、N個の立ち上がりパルスがあり、斯かるN個の立ち
上がりパルスの開始から終了までの時間はTS である。
即ち、計測時間tS 内において正味計測時間はTS であ
り立ち上がりパルス数はN個である。As shown in FIG. 2D, at the measurement time t S , there are N rising pulses, and the time from the start to the end of these N rising pulses is T S.
That is, within the measurement time t S , the net measurement time is T S and the number of rising pulses is N.
【0033】次に図2Eに示すように正味計測時間TS
又は立ち上がりパルス数Nを、周期Δtのクロックパル
スで計数する。この例では、正味計測時間TS 又は立ち
上がりパルス数Nは、n個のクロックパルスに相当す
る。Next, as shown in FIG. 2E, the net measurement time T S
Alternatively, the rising pulse number N is counted by the clock pulse having the period Δt. In this example, the net measurement time T S or the number of rising pulses N corresponds to n clock pulses.
【0034】計測時間tS 内における周波数の差Δf0
の平均値は、図2より明らかなように、正味計測時間T
S 内における立ち上がりパルスの平均周波数N/TS と
して得られる。従って、数3の式によって求められる。
これより数4の式に示すように加速度Aが得られる。Frequency difference Δf 0 within the measurement time t S
As is clear from FIG. 2, the average value of
It is obtained as the average frequency N / T S of the rising pulse in S. Therefore, it can be obtained by the equation (3).
From this, the acceleration A is obtained as shown in the equation (4).
【0035】加速度計においてバイアス周波数ΔfB を
設けた場合でも、入力加速度Aの値が小さいとき又は入
力加速度Aの方向によっては出力信号、即ち、発振周波
数の差Δf0 が小さい場合がある。本例によると、斯か
る発振周波数の差Δf0 を正確に求め、それより加速度
Aを正確に演算することができる。Even when the bias frequency Δf B is provided in the accelerometer, the output signal, that is, the difference Δf 0 in the oscillation frequency may be small when the value of the input acceleration A is small or depending on the direction of the input acceleration A. According to this example, the difference Δf 0 between the oscillation frequencies can be accurately obtained, and the acceleration A can be accurately calculated from the difference Δf 0 .
【0036】[0036]
【実施例】以下に図1〜図4を参照して本発明の実施例
について説明する。尚図1〜図4において図5の対応す
る部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4, corresponding parts in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0037】図1に本例による加速度計の構成例が示さ
れている。本例の加速度計は図5の加速度計と比較し
て、加速度計の出力側に周波数演算部41とバイアス補
正演算部42とバイアス発生器43とクロック信号発生
部45とが配置されている点が異なる。従って、弾性体
である梁11、斯かる梁11の上側及び下側に設けられ
た第1及び第2のSAW共振系20A、20B及びバッ
ファアンプ27、27とミキサ31及びフィルタ33は
図5に示す従来のものと同一であってよい。FIG. 1 shows an example of the configuration of the accelerometer according to this example. The accelerometer of this example is different from the accelerometer of FIG. 5 in that a frequency calculator 41, a bias correction calculator 42, a bias generator 43, and a clock signal generator 45 are arranged on the output side of the accelerometer. Is different. Therefore, the beam 11, which is an elastic body, the first and second SAW resonance systems 20A and 20B, the buffer amplifiers 27 and 27, the mixer 31 and the filter 33, which are provided above and below the beam 11, are shown in FIG. It may be the same as the conventional one shown.
【0038】本例によると、加速度計の出力信号Δf0
はクロック信号発生部45の出力信号Δt、tS と共に
周波数演算部41に供給され、斯かる周波数演算部41
の出力信号N、nはバイアス補正演算部43に供給され
る。バイアス補正演算部43は周波数演算部41の出力
信号N、nとバイアス発生器43の出力信号ΔfB を入
力して加速度Aを演算する。According to this example, the accelerometer output signal Δf 0
Is supplied to the frequency calculation unit 41 together with the output signals Δt and t S of the clock signal generation unit 45.
The output signals N and n of are supplied to the bias correction calculator 43. The bias correction calculator 43 inputs the output signals N and n of the frequency calculator 41 and the output signal Δf B of the bias generator 43 to calculate the acceleration A.
【0039】次に図2を参照して本発明による加速度計
の動作を説明する。図2Aは計測時間tS を指示する計
測時間パルス信号、図2Bは計測時間tS における周期
Δtのクロックパルス信号を表す。図2Bに示すよう
に、計測時間tS の間、周期Δtのクロックパルスが供
給される。Next, the operation of the accelerometer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a measurement time pulse signal indicating the measurement time t S , and FIG. 2B shows a clock pulse signal having a period Δt at the measurement time t S. As shown in FIG. 2B, a clock pulse having a period Δt is supplied during the measurement time t S.
【0040】図2Cは2つのSAW共振系20A、20
Bの発振周波数f1 、f2 の差Δf 0 =f1 −f2 のパ
ルス信号(矩形波信号)である。計測時間tS が開始す
ると図2Cの発振周波数の差Δf0 の矩形波信号より図
2Dに示す立ち上がりパルスが生成される。立ち上がり
パルスは、発振周波数の差Δf0 の矩形波信号の立ち上
がり毎に1パルス生成することによって得られる。FIG. 2C shows two SAW resonance systems 20A, 20.
Oscillation frequency f of B1, F2Difference Δf 0= F1-F2The Pa
It is a loose signal (rectangular wave signal). Measurement time tSWill start
Then, the difference Δf between the oscillation frequencies in FIG. 2C0Figure from the square wave signal of
The rising pulse shown in 2D is generated. Rising
The pulse is the difference in oscillation frequency Δf0Rising of square wave signal
It is obtained by generating one pulse for each bite.
【0041】次に立ち上がりパルスのパルス数が計測さ
れる。この例では、図2Dに示すように、N個の立ち上
がりパルスがあり、斯かるN個の立ち上がりパルスの開
始から終了までの時間はTS である。即ち、計測時間t
S 内において正味計測時間はTS であり、立ち上がりパ
ルス数はN個である。Next, the number of rising pulses is measured. In this example, as shown in FIG. 2D, there are N rising pulses, and the time from the start to the end of these N rising pulses is T S. That is, the measurement time t
Within S , the net measurement time is T S and the number of rising pulses is N.
【0042】次に図2Eに示すように正味計測時間TS
又は立ち上がりパルス数Nを周期Δtのクロックパルス
で計数する。この例では、正味計測時間TS 又は立ち上
がりパルス数Nは、n個のクロックパルスに相当する。Next, as shown in FIG. 2E, the net measurement time T S
Alternatively, the rising pulse number N is counted by the clock pulse having the period Δt. In this example, the net measurement time T S or the number of rising pulses N corresponds to n clock pulses.
【0043】本例によると、計測時間tS 内における発
振周波数の差Δf0 の平均値は、図2より明らかなよう
に、正味計測時間TS 内における立ち上がりパルスの平
均周波数として得られる。従って、次の式によって求め
られる。According to this example, the average value of the oscillation frequency difference Δf 0 within the measurement time t S is obtained as the average frequency of the rising pulse within the net measurement time T S , as is apparent from FIG. Therefore, it is obtained by the following formula.
【0044】[0044]
【数3】Δf0 =(N/n)(1/Δt)## EQU3 ## Δf 0 = (N / n) (1 / Δt)
【0045】ここに、Δf0 は計測時間tS 内における
発振周波数の差の平均値、Nは正味計測時間TS 内にお
ける立ち上がりパルス数、nは正味計測時間TS 内にお
けるクロックパルス数、Δtはクロックパルスの周期で
ある。尚、数3の式によって表される発振周波数の差Δ
f0 はバイアス周波数ΔfB を含む。Here, Δf 0 is the average value of the difference between the oscillation frequencies within the measurement time t S , N is the number of rising pulses within the net measurement time T S , n is the number of clock pulses within the net measurement time T S , and Δt Is the period of the clock pulse. It should be noted that the difference Δ in the oscillation frequency expressed by the equation 3
f 0 includes the bias frequency Δf B.
【0046】この発振周波数差Δf0 を数2の式に代入
して加速度Aを求めると次のようになる。The acceleration A is calculated by substituting the oscillation frequency difference Δf 0 into the equation (2), and the result is as follows.
【0047】[0047]
【数4】 A=K(Δf0 −ΔfB )=K〔(N/n)(1/Δt)−ΔfB 〕 =K(N/nΔt−ΔfB )Equation 4] A = K (Δf 0 -Δf B ) = K [(N / n) (1 / Δt) -Δf B ] = K (N / nΔt-Δf B)
【0048】Kは比例定数、ΔfB はバイアス周波数で
ある。K is a proportional constant and Δf B is a bias frequency.
【0049】本例では周波数演算部41にて、入力した
発振周波数差Δf0 を表す矩形波信号を入力してパルス
数N、nを検出し、バイアス発生部43にてバイアス周
波数ΔfB を発生し、バイアス補正演算部42にて数4
の式によって加速度Aを求めるため、加速度Aを正確に
求めることができる。In this example, the frequency calculator 41 inputs the input rectangular wave signal representing the oscillation frequency difference Δf 0 to detect the pulse numbers N and n, and the bias generator 43 generates the bias frequency Δf B. Then, the bias correction calculator 42 calculates
Since the acceleration A is obtained by the equation, the acceleration A can be obtained accurately.
【0050】尚、バイアス発生部43にて発生させるバ
イアス周波数ΔfB は任意であってよく、例えば最大加
速度入力時においても出力周波数差Δf0 を超えないよ
うに設定される。The bias frequency Δf B generated by the bias generator 43 may be arbitrary, and is set so as not to exceed the output frequency difference Δf 0 even when the maximum acceleration is input, for example.
【0051】図3を参照して周波数演算部41の動作を
説明する。周波数演算部41は、カウンタ41−1とレ
ジスタ41−2とNカウンタ41−3と判別回路41−
4とを有し、クロック信号発生部45より供給された計
測時間パルス(図2A)及び周期Δtのクロックパルス
(図2B)を入力して、パルス計数値N、nを出力す
る。The operation of the frequency calculator 41 will be described with reference to FIG. The frequency calculation unit 41 includes a counter 41-1, a register 41-2, an N counter 41-3, and a discrimination circuit 41-.
4 and inputs the measurement time pulse (FIG. 2A) and the clock pulse of the period Δt (FIG. 2B) supplied from the clock signal generator 45, and outputs the pulse count values N and n.
【0052】カウンタ41−1は、周期tS の計測パル
ス(図2A)を入力し、周期Δtのクロックパルス(図
2B)をカウントする。その動作タイミングによると、
カウンタ41−1は、計測時間パルス(図2A)毎にそ
の内容をクリアし、判別回路41−4から開始信号が供
給されると、周期Δtのクロックパルス(図2B)を計
数する。The counter 41-1 inputs the measurement pulse of the cycle t S (FIG. 2A) and counts the clock pulse of the cycle Δt (FIG. 2B). According to its operation timing,
The counter 41-1 clears the content of each measurement time pulse (FIG. 2A), and when the start signal is supplied from the determination circuit 41-4, counts the clock pulse of the period Δt (FIG. 2B).
【0053】レジスタ41−2は、正味計測時間TS 内
の周期Δtのクロックパルスを積算する。その動作タイ
ミングによると、レジスタ41−2は、計測時間パルス
(図2A)毎にその内容をクリアし、立ち上がりパルス
(図2D)が発生したときカウンタ41−1にて計数さ
れた周期Δtのクロックパルスのパルス数nを記憶す
る。従って、レジスタ41−2には、立ち上がりパルス
毎に積算されたパルス数nが記憶されている。The register 41-2 integrates clock pulses having a period Δt within the net measurement time T S. According to the operation timing, the register 41-2 clears the content of each measurement time pulse (FIG. 2A), and the clock of the period Δt counted by the counter 41-1 when the rising pulse (FIG. 2D) is generated. The number n of pulses is stored. Therefore, the register 41-2 stores the pulse number n accumulated for each rising pulse.
【0054】Nカウンタ41−3は、計測時間パルス
(図2A)毎にその内容をクリアし、且つ、立ち上がり
パルス(図2D)が発生したとき、そのパルス数Nを計
数する。判別回路41−4は、レジスタ41−2に記憶
された計数n=0であり、且つNカウンタ41−3に記
憶された計数N=1のときに開始信号を生成し、それを
カウンタ41−1に供給する。それによってカウンタ4
1−1はカウントを開始する。The N counter 41-3 clears the content of each measured time pulse (FIG. 2A), and counts the number N of rising pulses (FIG. 2D) when they occur. The determination circuit 41-4 generates a start signal when the count n = 0 stored in the register 41-2 and the count N = 1 stored in the N counter 41-3, and the counter 41- Supply to 1. Thereby counter 4
1-1 starts counting.
【0055】計測時間パルス(図2A)が再度発生する
と、レジスタ41−2に記憶されたパルス数nとNカウ
ンタ41−3に記憶されたパルス数Nが出力される。When the measurement time pulse (FIG. 2A) is generated again, the pulse number n stored in the register 41-2 and the pulse number N stored in the N counter 41-3 are output.
【0056】バイアス補正演算部42は周波数演算部4
1より出力された計数値N、nとバイアス発生部43よ
り出力されたバイアス周波数ΔfB とを入力して、数3
の式及び数4の式の演算をする。The bias correction calculation unit 42 is the frequency calculation unit 4
The count values N and n output from 1 and the bias frequency Δf B output from the bias generator 43 are input,
And the equation (4) are calculated.
【0057】図4を参照して本例のクロック信号発生部
45の構成と動作を説明する。本例によると、クロック
信号発生部45は周期Δtの基準クロック信号を生成す
る基準クロック45−1と基準クロック信号を分周する
分周器45−2と周期tS の開始と終了時に1パルスを
生成するワンショット回路45−3とを有する。The configuration and operation of the clock signal generator 45 of this example will be described with reference to FIG. According to the present example, the clock signal generator 45 includes a reference clock 45-1 for generating a reference clock signal with a period Δt, a frequency divider 45-2 for dividing the reference clock signal, and one pulse at the start and end of the period t S. And a one-shot circuit 45-3 for generating
【0058】基準クロック45−1とワンショット回路
45−3より出力されるパルス信号は周波数演算部41
に供給される。The pulse signals output from the reference clock 45-1 and the one-shot circuit 45-3 are the frequency calculation unit 41.
Is supplied to.
【0059】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention. Easy to understand.
【0060】上述の説明では、本発明を表面弾性波型加
速度計に適用した場合を説明したが、本発明はそれに限
定されることはない。上述の議論は全ての共振型の加速
度計に適用可能である。本発明を適用することができる
加速度計として、例えば、梁の横振動、弦の振動等を利
用した加速度計がある。In the above description, the case where the present invention is applied to a surface acoustic wave type accelerometer has been described, but the present invention is not limited thereto. The above discussion is applicable to all resonant accelerometers. As an accelerometer to which the present invention can be applied, for example, there is an accelerometer utilizing lateral vibration of beams, vibration of strings, and the like.
【0061】[0061]
【発明の効果】本発明によると、共振型の加速度計にお
いて、計測時間が短くても高い分解能にて加速度を計測
することができる利点がある。According to the present invention, in a resonance type accelerometer, there is an advantage that acceleration can be measured with high resolution even if the measurement time is short.
【0062】本発明によると、共振型の加速度計におい
て、計測時間が短くても、正確な加速度を連続的に出力
することができる利点がある。According to the present invention, in the resonance type accelerometer, there is an advantage that accurate acceleration can be continuously output even if the measurement time is short.
【0063】本発明によると、共振型の加速度計におい
て、第1及び第2の共振系の出力信号の差をクロックパ
ルスによって計測するから、斯かる出力信号の差が小さ
くても正確に加速度を計測することができる利点があ
る。According to the present invention, in the resonance type accelerometer, since the difference between the output signals of the first and second resonance systems is measured by the clock pulse, the acceleration can be accurately performed even if the difference between the output signals is small. There is an advantage that it can be measured.
【図1】本発明による加速度計の構成例を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an accelerometer according to the present invention.
【図2】本発明による加速度計の動作を説明するための
説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the accelerometer according to the present invention.
【図3】本発明による加速度計のバイアス演算部の構成
及び動作を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a configuration and an operation of a bias calculation unit of the accelerometer according to the present invention.
【図4】クロック信号発生部の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a clock signal generator.
【図5】従来の加速度計の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional accelerometer.
【図6】従来の加速度計の加速度と出力信号の関係を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an acceleration and an output signal of a conventional accelerometer.
11 弾性体、梁 11A 上面 11B 下面 13 支持部材 15 重り 20A、20B 共振系 21 共振器 21−1 入力電極 21−2 出力電極 23 電源端子 25 増幅器 27 バッファアンプ 31 ミキサ 33 フィルタ 41 周波数演算部 42 バイアス補正演算部 43 バイアス発生部 45 クロック信号発生部 11 elastic body, beam 11A upper surface 11B lower surface 13 support member 15 weights 20A, 20B resonant system 21 resonator 21-1 input electrode 21-2 output electrode 23 power supply terminal 25 amplifier 27 buffer amplifier 31 mixer 33 filter 41 frequency operation unit 42 bias Correction calculation unit 43 Bias generation unit 45 Clock signal generation unit
Claims (5)
共振系と第2の振動部を振動させるための第2の共振系
とを有し、外力によって上記第1及び第2の振動部が変
形したとき、上記第1の共振系の共振周波数f1 と上記
第2の共振系の共振周波数f2 の差Δf0 =f1 −f2
より加速度を求めるように構成された加速度計におい
て、 所定の計測時間tS 内に上記周波数の差Δf0 を指示す
るパルス信号を生成し、そのパルス間隔をクロックパル
スによって計測し、該パルス間隔より上記周波数の差Δ
f0 を演算する周波数演算部と、上記周波数の差Δf0
をバイアス周波数ΔfB によって補正するバイアス補正
演算部と、 を有することを特徴とする加速度計。1. A first resonance system for vibrating a first vibrating section and a second resonance system for vibrating a second vibrating section, wherein the first and second vibrating sections are driven by an external force. when the vibrating portion is deformed, the difference in the resonance frequency f 2 of the first resonance frequency f 1 and the second resonance system of the resonance system Delta] f 0 = f 1 -f 2
In an accelerometer configured to obtain more acceleration, a pulse signal indicating the frequency difference Δf 0 is generated within a predetermined measurement time t S , the pulse interval is measured by a clock pulse, and the pulse interval is calculated from the pulse interval. Difference in frequency Δ
The frequency calculation unit that calculates f 0 and the frequency difference Δf 0
Accelerometer and having a bias correction calculation unit which corrects the bias frequency Delta] f B, the.
数の差Δf0 を指示するパルス信号のパルス数Nを計数
するカウンタと、上記所定の計測時間tS 内に上記パル
ス数Nに対応して上記クロックパルス数nを計数するレ
ジスタと、を有するように構成されていることを特徴と
する加速度計。2. The accelerometer according to claim 1, wherein the frequency calculation unit counts a pulse number N of a pulse signal indicating the frequency difference Δf 0 within a predetermined measurement time t S , and the counter. An accelerometer, comprising: a register that counts the clock pulse number n corresponding to the pulse number N within a predetermined measurement time t S.
て、 上記バイアス補正演算部は、上記周波数演算部より供給
されたパルス数N、nと上記クロックパルスの周期Δt
と定数Kより次の式によって加速度を演算するように構
成されていることを特徴とする加速度計。 A=K(N/nΔt−ΔfB )3. The accelerometer according to claim 1 or 2, wherein the bias correction calculation unit includes the number of pulses N and n supplied from the frequency calculation unit and the period Δt of the clock pulse.
An accelerometer which is configured to calculate the acceleration from the constant K and the following equation. A = K (N / nΔt−Δf B )
Δf0 を指示する矩形波信号を入力してその立ち上がり
毎に1パルス生成することによって上記周波数の差Δf
0 を指示するパルス信号を生成するように構成されてい
ることを特徴とする加速度計。4. The accelerometer according to claim 2, wherein the counter inputs a rectangular wave signal indicating the frequency difference Δf 0 within a predetermined measurement time t S and generates one pulse at each rising edge. The frequency difference Δf
An accelerometer configured to generate a pulse signal indicating 0 .
計において、 上記第1及び第2の共振系によってそれぞれ上記第1及
び第2の振動部に生成される振動は表面弾性波であるこ
とを特徴とする加速度計。5. The accelerometer according to claim 1, wherein the vibrations generated in the first and second vibrating sections by the first and second resonance systems are surface acoustic waves. An accelerometer characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31837294A JPH08178949A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31837294A JPH08178949A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08178949A true JPH08178949A (en) | 1996-07-12 |
Family
ID=18098419
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31837294A Pending JPH08178949A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08178949A (en) |
-
1994
- 1994-12-21 JP JP31837294A patent/JPH08178949A/en active Pending
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