JPH0894361A - 角速度、加速度検出計の出力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 角速度、加速度計に組み込まれた出力検出装
置の磨耗による耐用寿命の短命を解消すること。 【構成】 角速度、加速度入力をピエゾ素子（１２）を
介して検出し、対応の電気的検出々力を発生する角速
度、加速度検出計の出力検出装置を、同ピエゾ素子（１
２）の検出端に接続され、回転変位可能に保持される信
号変換又は増幅部（１４）と、同信号変換又は増幅部
（１４）の励起用電力を外部電源（Ｓ）から非接触式に
供給する第１のロータリートランス手段（１８）と、信
号変換又は増幅部（１４）によって増幅されたピエゾ素
子（１２）の検出々力を非接触式に外部信号回路に出力
する第２のロータリートランス手段（２０）とを設け、
機械的接触による電気信号の授受や電力供給を排した構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レートジャイロ、加速
度計等の角速度や加速度を検出する角速度、加速度検出
計に組み込まれ、同検出計における検出々力を電気信号
として送出する出力検出装置の改良に関し、特に、角速
度、加速度検出計の耐用寿命を顕著に向上させることが
可能な角速度、加速度検出計の出力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】角速度入力を検出するレートジャイロ、
加速度を検出する加速度計等は従来より航空、宇宙産業
を始めとする種々の分野で多用されている。これらの角
速度、加速度検出計は、角速度入力または加速度入力に
応じて検出軸周りに装着されたピエゾ素子が該検出軸と
共に回転すると、コリオリの力を受けてピエゾ素子内部
に上記入力に対応した応力を生じ、故に、角速度入力又
は加速度入力の検出値を示す電気検出信号を送出する構
成を有している。

【０００３】このとき、従来の角速度、加速度検出計に
おける出力検出装置においては、検出軸側のピエゾ素子
から出力された電気検出信号は、検出計のハウジング等
に装着された固定部側の検出回路にスリップリング・ブ
ラシ機構を介して信号伝達を行う構成が取られている。
すなわち、検出軸側に嵌め込まれたスリップリングと接
触するブラシを固定部側に保持させ、このブラシから検
出信号を取り出し、固定部側の検出回路へ信号伝達を行
うものである。

【０００４】また、上記出力検出装置においては、ピエ
ゾ素子から発生する電気検出信号をスリップリング・ブ
ラシ機構を経由した後、上記固定部側に設けた増幅器
（以下、単にアンプと言う）を介して電気信号の増幅を
行い、該増幅後の電気検出信号を外部回路へ送信する構
成がとられ、このとき、アンプの電源回路には外部から
電力の供給が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した
スリップリング・ブラシ機構ではスリップリングとブラ
シとの機械的な接触による磨耗発生が不可避であり、故
に、連続使用の多い、角速度や加速度の検出計では、必
然的に寿命が短命化する欠点があり、出力検出装置と共
に角速度、加速度検出計自体の寿命も短命化させてしま
う不利がある。

【０００６】また、スリップリング・ブラシ機構で発生
する出力ノイズが大きいと言う欠点も有している。依っ
て、本発明の目的は、角速度、加速度計の出力検出装置
における信号伝達回路における機械的接触機構を排し
て、耐用性の向上とノイズの無い信号伝達性能の向上と
を図ることにある。

【０００７】また、本発明の他の目的は、信号系から極
力、機械的信号伝達機構を排し、電子要素又は光学電子
要素の導入によって機器コストの低減とコンパクト化を
推進することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
に鑑みて、スリップリング・ブラシ機構を排し、検出軸
側と固定部側との間に非接触式に電気信号や電力の授受
を行うことが可能なロータリートランス手段を導入し、
機械的接触に伴う磨耗の問題を解消するものである。

【０００９】即ち、本発明によると、角速度、加速度入
力をピエゾ素子を介して検出し、対応の電気的検出々力
を発生する角速度、加速度検出計の出力検出装置におい
て、前記ピエゾ素子の検出端に接続されて該ピエゾ素子
と共に回転可能に保持される信号変換又は増幅部と、前
記信号変換又は増幅部の励起用電力を外部電源から非接
触式に該信号変換又は増幅部の電源回路に供給する第１
のロータリートランス手段と、前記信号変換又は増幅部
によって増幅された前記ピエゾ素子の検出々力を非接触
式に外部信号回路に出力する第２のロータリートランス
手段と、を具備して構成された角速度、加速度検出計の
出力検出装置を提供せんとするものである。

【００１０】なお、第１のロータリートランス手段とし
ては、ロータリートランスの固定側トランスからＡＣ電
圧信号を供給し、検出軸に装着した回転側トランスに比
例電圧を誘起し、更に、整流回路によって直流電圧に変
換してから信号変換又は増幅部の電源回路へ供給する構
成としてよく、また、別に回転コイル型永久磁石発電機
を用いることにより、誘導起電力によって、上記信号変
換又は増幅部の電源回路に電源電力を供給する構成とす
ることもできる。

【００１１】また、第２のローターリトランスの代替え
手段として、光伝送手段、例えば、周知のＬＥＤとフォ
トダイオードとの組合せ手段を用いることにより、非接
触式の信号伝達系を構成するようにしてもよい。

【００１２】

【作用】上記の第１のロータリートランス手段は、信号
変換又は増幅部の電源回路に対する電源電力の供給を行
い、上記の第２のロータリートランス手段は、角速度、
加速度入力の検出々力を示す電気信号を角速度、加速度
検出計の出力検出装置における固定部側へ送信する作用
を行う。

【００１３】従って、従来はスリップリング・ブラシ機
構において生じた機械的接触による磨耗の問題を解消
し、出力検出装置の耐用寿命、ひいては、角速度、加速
度計の耐用寿命を大幅に向上させることが可能となっ
た。また、スリップリング・ブラシ機構で発生する出力
ノイズについても大幅に低減させることが可能となっ
た。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて、更に、詳細に説明するが、図１は、本発明の実施
例として第１、第２ロータリートランス手段を何ずれも
ロータリートランスによって構成した例を示し、図２
は、角速度、加速度検出計の出力検出装置における検出
軸に装着されたピエゾ素子とロータリートランス手段と
の機械および電気的接続関係を示した斜視図である。

【００１５】先ず、図２を参照すると、レートジャイロ
や加速度計等の角速度、加速度検出計における検出軸１
０は、検出計のハウジング等の固定部８に対して検出軸
心の回りに矢印で示す方向に適宜の回転軸受９を介して
回転が可能に支承され、この検出軸１０にはピエゾ素子
１２、１２が、例えば、図示のように検出軸心に対して
対称な配置で、一端が検出軸１０に結合され、他端は自
由端とした状態で設けられている。

【００１６】従って、例えば、角速度入力が検出計に入
力すると、コリオリの力を受けてピエゾ素子１２、１２
には捩じれ変位または伸び変位等の変位が生じ、応力が
発生する。この結果、同ピエゾ素子１２、１２から信号
変換又は増幅部１４へ角速度入力のベクトル量に対応し
た電気検出信号が発生し、検出軸１０とともに回転側要
素を成す信号変換又は増幅部１４へ信号入力される。こ
のとき、ピエゾ素子１２、１２からの電気検出信号の周
波数は、検出軸１０の回転数に対応している。

【００１７】信号変換又は増幅部１４において上記の諸
周波数を有した交流電気検出信号の信号増幅が遂行さ
れ、この増幅後の交流信号はロータリートランス手段２
０（第２ロータリートランス手段）の検出軸側に設けら
れた一次側トランスを経て固定側の二次側トランスから
外部へ電気誘導的に送出される。こうして送出された固
定部側へ送出された交流信号は、角速度検出電気信号と
して適宜に外部回路で処理することができるのである。

【００１８】なお、このとき、ロータリートランス手段
２０では機械的には非接触的に信号の授受が遂行されて
いるので、従来のスリップリング・ブラシ機構の磨耗の
ような問題は発生しない。また、信号変換又は増幅部１
４においては、ピエゾ素子１２からの検出交流信号に高
周波信号を基準信号として重複してモジュレート信号に
変形させ、高周波信号にしてロータリートランス手段２
０の変換効率を向上させるようにしても良い。

【００１９】ここで、信号変換又は増幅部１４は、図３
に示すように、ピエゾ素子１２からの検出交流信号をデ
ジタル信号に変換処理するデジタル変換回路１４ａによ
って構成し、変換されたデジタル検出信号を高周波信号
にしてローターリトランス手段２０から、例えば、デジ
タルレート信号を得るようにし、変換効率の向上および
複数信号伝達の場合の信号相互間の干渉の影響をなくす
ようにすることがより好ましい。

【００２０】なお、図２の信号変換又は増幅部１４の電
源回路には外部電源から他のロータリートランス手段１
８（第１ロータリートランス手段）を経て交流電源電圧
が供給され、同ロータリートランス手段１８からの交流
電圧は整流回路１６を介して上記信号変換又は増幅部１
４の電源回路に供給される構成が設けられている。この
ときにも、ロータリートランス手段１８では非接触式に
外部電源側から検出軸側の整流回路１６へ電源供給が行
われるので、従来の出力検出装置におけるスリップリン
グ・ブラシ機構における接触磨耗の問題およびノイズ発
生の問題は解消される。

【００２１】ここで、図１を参照すると、第１ロータリ
ートランス手段１８では外部電源Ｓからの供給電圧を一
次トランス１８ａに供給し、この結果、２次トランス１
８ｂ側に誘起電圧を得るものである。このとき、２次ト
ランス１８ｂの交流電圧は、例えば、ダイオード回路か
ら成る整流回路１６で整流され、信号変換又は増幅部１
４の電源回路へ入力されるようになっている。

【００２２】同様に、既述した第２ロータリートランス
手段２０は、信号変換又は増幅部１４から送出された検
出交流信号が一次側トランス２０ａと二次側トランス２
０ｂとの間の誘導作用で信号伝達が行われるものであ
る。然しながら、同第２ローターリトランス手段２０
は、所要に応じて、図４に示すように、ＬＥＤ２１ａ、
フォトダイオード２１ｂから成る光電型のトランス手段
２０ｃによって構成し、前述の信号変換又は増幅部１４
を構成するアンプ１４ｂに接続する構成とすることも可
能である。

【００２３】なお、一次側ロータリートランス手段１８
は、図示した一次側トランス１８ａ及び二次側トランス
１８ｂから成る構成に代えて、検出軸と同軸に周知の回
転コイル型永久磁石発電機（図示なし）を取り付け、誘
起起電力を得てアンプ１４の電源回路へ電源電力を供給
するように構成することもできる。また、上述の実施例
では、角速度入力に関して説明したが、検出計が加速度
入力を検出する加速度計の場合にも検出軸に同様な構成
から成る出力検出装置を設けることが可能なことは言う
までもない。

【００２４】

【発明の効果】以上の実施例の説明を介して明らかなよ
うに、本発明によれば、角速度、加速度入力をピエゾ素
子を介して検出し、対応の電気的検出々力を発生する角
速度、加速度検出計の出力検出装置において、同ピエゾ
素子の検出端に接続されて該ピエゾ素子と共に回転可能
に保持されるアンプ部と、同アンプ部の励起用電力を外
部電源から非接触式に該アンプ部の電源回路に供給する
第１のロータリートランス手段と、該アンプ部によって
増幅された前記ピエゾ素子の検出々力を非接触式に外部
信号回路に出力する第２のロータリートランス手段とを
具備した角速度、加速度検出計の出力検出装置を構成し
たので、ピエゾ素子を利用した角速度や加速度を検出す
る角速度、加速度検出計の出力検出装置において、検出
軸側と固定部側との間で非接触的に電気信号の授受や電
力供給等を行うことができることから、出力検出装置、
ひいてはレートジャイロや加速度計等の角速度、加速度
検出装置の耐用寿命を向上させ、従って、レートジャイ
ロや加速度計の信頼性をも向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例として第１、第２ロータリート
ランス手段を何ずれもロータリートランスによって構成
した実施例を示した略示回路図である。

【図２】角速度、加速度検出計の出力検出装置における
検出軸に装着されたピエゾ素子と２つのロータリートラ
ンス手段との機械および電気的接続関係を示した斜視図
である。

【図３】図１に示すアンプ部をデジタル変換回路によっ
て構成した実施例の回路図である。

【図４】図１に示す第２のローターリトランス手段を光
電素子、つまり、ＬＥＤとフォトダイオードにより構成
した実施例を示す回路である。

【符号の説明】

８…固定部 １０…検出軸 １２…ピエゾ素子 １４…アンプ １６…整流回路 １８…ロータリートランス ２０…ロータリートランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角速度、加速度入力をピエゾ素子を介し
   て検出し、対応の電気的検出々力を発生する角速度、加
   速度検出計の出力検出装置において、 前記ピエゾ素子の検出端に接続されて該ピエゾ素子と共
   に回転可能に保持される信号変換又は増幅部と、 前記信号変換又は増幅部の励起用電力を外部電源から非
   接触式に該信号変換又は増幅部の電源回路に供給する第
   １のロータリートランス手段と、 前記信号変換又は増幅部によって増幅された前記ピエゾ
   素子の検出々力を非接触式に外部信号回路に出力する第
   ２のロータリートランス手段と、 を具備して構成されたことを特徴とする角速度、加速度
   検出計の出力検出装置。