JPH09504867A - 慣性質量測定器の力補償器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 慣性質量測定装置（１０）では、能動力補償器（４６）が、計器の（１０）の一次支持体（１８）へ振動弾性素子（１２）によって伝導する慣性力（ＩＦ）を補償する。補償器（４６）は、振動素子の有効作用線（４８）に沿って一次支持体（１８）に等しくかつ反対が方向の補償力（ＣＦ）を与える。補償力の付与は、結果として一次支持部（１８）の正味加速を実質的にゼロにし、かつ二次支持素子（３６）の特性変化に起因する測定誤差を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】 慣性質量測定器の力補償器 発明の背景 技術分野 この発明は、一般的に質量を計るのに用いられる慣性バランスに関するもので あり、より詳しくは、そのような計器の安定性及び測定精度を改善する慣性バラ ンスのための能動的な力補償器に関するものである。背景技術 慣性バランスは、質量を慣性的に計ることができ、従って、重力と方向性とを 独立に作動できる。このような計器は、炭鉱から宇宙にわたる分野で技術的に要 求が厳しい産業及び研究の応用に広く使われている。 一般的に、慣性質量測定器は質量−バネシステムからなり、そこにおいて所定 のバネ率を有する弾性素子で支持される測定対象の質量が振動される。測定対象 の質量の大きさが変わると、そのシステムの固有又は共振周波数が変化する。こ の周波数の変化が測定され、そして質量の変化の計算に用いられる。しかし、弾 性素子がしっかりと地球に固定されていないと、支持構造の質量、バネ定数及び 減衰特性がシステムの共振周波数に影響し、質量測定値の誤差につながる。本発 明の目的はそのような測定値の誤差を除くことにある。 測定対象の質量を支持する弾性素子が安定な慣性基準に取付けられている理想 的な慣性質量測定システムにおいては、システムの共振周波数は次の方程式によ り一義的に定められる。 f²=(1/4 Pi²)(Kg/W)(1-C²)、ここでｆは共振周波数、Ｋはスプリング 定数、ｇは重力定数、ｗは振動質量の重量、及びＣは弾性素子と振動質量の内部 及び外部減衰によって与えられる臨界減衰の比である。 実際のシステムは、上記方程式が精度に依存するところの安定な慣性基準を近 似することしかできない。実際のシステムは、地球に固く結合されていないので 、２つ又はそれ以上の共振周波数を有するもっと複雑な方程式を有する。弾性素 子及び振動質量の運動に関連する一次共振周波数を一義的に定めるには、支持構 造体の質量、バネ、及び減衰特性の項又は係数を含む複数の複合式が考慮される べきである。支持構造素子の特性の値が１つでも変われば、一次共振周波数も変 わる。通常、慣性計器の製造者は、テーブル、棚、その他、利用者によって用い る二次支持素子ついてはコントロールできない。それらの支持素子は、温度変化 、老化などの環境の影響による特性変化の対象になる。これら特性変化は質量ロ ーディングに関係ない見せ掛けの周波数変化をもたらす。 従来、これら特性変化の影響を許容範囲内に抑えるために、受動サスペンショ ン及び受動補償器が使われている。しかし、それらの影響を完璧に除去できるも のは何もなかった。 米国特許３，９２６，２７１号は、微小粒子などの質量を測る高感度慣性マイ クロバランスを記述している。この計器は、測定対象の物質を支持する第１の端 部と、一次支持体に固定されたさらに大きい第２の端部とを有するテーパ伸長弾 性素子が使用され、これにより第１の端部及びこれに保持されている物質が自由 に振動できる。伸長素子は、共振周波数の振動に励起される。振動素子の共振周 波数は、質量ローディングにより変化するので、これに応じて振動素子に支持さ れている物質の質量を定めるために監視及び測定される。空気又は液体のような 媒体に含まれている粒子又は他の物質の質量を測定するこのマイクロバランスの 用途を容易にする改善が米国特許４，３９１，３３８号に記述されている。これ ら２つの特許の内容は、ここで引用することによって包含される。 実際には、振動テーパ素子マイクロバランスは、高い感度と高い信頼性を有し て粒子質量のオンライン、実時間で直接測定が可能な重要な計器として認められ ている。その計器は、ディーゼル排気、ダスト濃度、煙測定の評価において成功 のうちに使用されており、そして多くの他の状況、検出及び重さを量る必要があ る粒子や他の極めて微小な物質のフォーム(forms)にも適用できる。 上記マイクロバランスのテーパ素子は固定／自由のモードで振動する。テーパ 素子がハウジング又は一次支持体に接する固定端では、エネルギーが振動テーパ 素子からハウジングを介して二次支持構造体に流れる。一般に上述したように、 二次支持構造体へのエネルギーの伝導及び散逸は、マイクロバランスの精度に影 響を及ぼす周波数の不確かさをもたらす。 この問題について対処する一つの方法は、より大きく分布された剛性質量にマ イクロバランスのハウジングを結合し、そしてその剛性質量は発泡ゴムクッショ ンのような標準的な手段によって環境から減結合されたものとすることである。 しかし、この方法は扱いにくく、ある応用には適切ではない。 米国特許４，６９６，１８１号に、振動素子マイクロバランスの減結合サスペ ンションシステム（DECOUPLTNG SUSPENSION SYSTEM FOR AN OSCTLLATING ELEMEN T MTCROBALANCE）が記載されており、これはマイクロバランスの回転の瞬間中心 が軸方向に整列されている縦方向延長サスペンション部材を用いている。これら のサスペンション部材は、振動素子からハウジングを介して移送されたエネルギ ーを蓄積し、ハウジングにそのエネルギーを戻すようになっている。したがって 、この受動機械サスペンションシステムは、二次支持構造体及び外部環境からバ ランスの運動を隔離することができるが、ハウジングを揺れさせ、ホースや他の 補助機器を動いてるハウジングに取り付けることを困難にする。 振動計量台が均一な線形運動を受けるように拘束するサスペンションシステム によって、慣性質量バランスの測定精度の改善が、米国特許４，８３８，３７１ 号の教示により、提供されている。このサスペンションシステムは、一次支持構 造物及びこの構造物から計量台を吊りあげる複数の伸長弾性支持部材を含んでい る。１つの実施例では、カウンターウエイトが支持部材の延長部に取り付けられ ている。カウンターウエイトは、慣性バランスの動く部分の質量の中心の変位を 補償するように選択され、用いられる。その結果、振動の間、システム全体の質 量の中心が構造物の支持に対して固定され、力が構造物を通して外部に伝導され ることを防止し、外部への減衰損失を最小に抑えることができる。しかしながら 、この機械方法では、慣性力の一次受動補償が可能であるが、質量ローディング において自動的に調整することができず、全ての慣性質量バランスに普遍的に適 用できるものではない。 したがって、二次支持構造体の特性変化の影響から独立に、正確な周波数を連 続的に読み取ることができる慣性質量測定器の補償器の必要性が存続する。 発明の概要 本発明の原理によれば、慣性質量測定器に能動力補償器を追加することにより 、上記の必要性を満たして従来の欠点を解消することができる。この計器は、測 定対象の物質を支持する第１の部分と、一次支持体に固定された第２の部分を有 する弾性素子を含んでいる。その弾性素子は、質量ローディングにより変化する 共振周波数で振動するよう駆動される。共振周波数の変化は、質量ローディング の測定として感知される。弾性素子の振動は、慣性力を一次支持体に伝える。能 動力補償器は、振動補償力を一次支持体に能動的に付与し、その慣性力を解消す る。それ故、一次ハウジングは、その慣性力による正味加速度を実質的に感じな い。 能動力補償器は、好ましくは、振動素子の有効作用線に沿って前記慣性力と同 じでかつ反対の補償物理的力を付与する。この補償器は、望ましくは計器の運動 センサの出力信号から得られる駆動信号で電気的に駆動される。この補償器の駆 動信号は、センサの出力信号のそれと同じ周波数を有し、センサ出力信号の位相 に対して移相された位相を有する。補償器駆動信号の利得又は振幅は、一次支持 体の正味加速度を実質的にゼロにするように変化される。信号の振幅は、一次支 持体に取り付けられた加速度計を使用してゼロ調整を行うことにより容易に決定 できる。振幅は、加速度計の読み取りに基づいて最初に又は定期的に設定される ことができ、あるいは補償器駆動信号の振幅は補償器駆動信号の周波数の関数と して自動的に変化されるようにすることができる。代わりに、振動素子の感知さ れた周波数の局部ピークが測定でき、これが補償器駆動信号の振幅の設定に用い ることができる。 能動補償力は、電磁式、圧電式あるいは他のタイプの慣性補償質量駆動部によ り、又は例えばエアジェットのような違う反動力駆動部により、一次支持体に付 与することができる。本発明の能動力補償器は、テーパ素子振動マイクロバラン スや、背景技術の欄に記載された拘束線形運動慣性バランスを含む、慣性質量測 定器の全てのタイプに適用できる。 したがって、本発明の主な目的は、振動弾性素子により計器の一次支持体に伝 導される慣性力を能動的に補償することによって、慣性質量測定器の精度を改善 することにある。 関連した目的は、二次支持構造体の特性変化による質量測定誤差及び周波数の 不確実性を回避することにある。 他の目的は、測定器の二次支持構造体へのエネルギーの伝導及び散逸を最小に すること、及び一次支持体の動きを最小にすることにある。 さらに他の目的は、費用効果や広く応用できる方法の如き実用において、慣性 質量測定器の性能を改善することにある。 図面の詳細な説明 上記及びその他の目的、本発明の特徴及び利点は、添付された図面と共に下記 の詳細な説明が読まれたとき、より容易に理解できる。 図１は、本発明の能動力補償器を組み込んだテーパ素子振動マイクロバランス を単純化され部分的に破断された透視図、 図２は、図１の装置の概要横断面図、 図３は、本発明の能動力補償器を駆動するために役立つ回路の単純化したブロ ックレベルの構成図である。 詳細な説明 本発明は、現存する慣性バランスに共通なある測定精度の欠陥は、計器の外部 から支持構造体へのエネルギーの伝導によりもたらされる、ということを認識し たことに基づくものである。本発明は、質量ローディングに関係がなく、むしろ 二次支持素子の特性の変化に起因して感知された周波数の変化を回避することを 求める。この問題を解消するために、本発明は、振動弾性素子から一次支持体に 伝導する慣性力を打ち消すために能動補償力を付与する。このやり方は慣性バラ ンスの精度の実質的な改善を生み出す。 本発明の能動力補償器は、どんな慣性質量測定器にも適用できる。説明のため に、テーパ素子振動マイクロバランス１０が図１及び図２に描かれている。マイ クロバランス１０は、測定対象の物質Ｍを支持する伸長弾性素子１２を含んでい る。素子１２は、示されているようにテーパ状で、かつ空洞であることが好まし い。弾性素子１２の大きい方の端部１４は、一次支持体又はハウジング１８の基 部１６に固定されている。円筒形に描かれているが、一次支持体１８は他の形状 及び構成であってもよく、少なくともテーパ素子１２を部分的に囲むように、ま た、サスペンションシステム２０に手頃な取付け点を備えるように設計される。 基体又はフィルタ２２を支持する物が、弾性素子１２のもう一方の端部２４の 頂上に配置されている。端部２４、基体２２、及びこれらの上で支持される物質 Ｍは、駆動部２６で励起されるとき、一次支持体１８に対して自由に振動する。 弾性素子１２の振動の周波数は、運動検出変換器又はセンサ２８により検出され る。駆動部２６とセンサ２８は、図２に示されているように、一次支持体１８に 都合よく搭載されることができ、米国特許３，９２６，２７１に記載されている さまざまな形のどれでも採用可能である。 図１に示されているように、マイクロバランス１０は、テーブルの上又は他の 作業用表面３２に置かれている二次支持部材３０から、サスペンションシステム ２０により吊り上げられることができる。サスペンションシステム２０は、複数 の機械的バネ３４又は他の吊り上げあるいは支持する素子を含むことができる。 サスペンションシステム２０、支持部材３０、又は作業用表面３２は、ここで二 次支持体３６として一体的に参照される支持構造体の素子である。 一般に、二次支持体３６は、一次支持体１８と地球又は他の安定した慣性基準 ３８との間に配置される全ての支持素子を含んでいる。図２に示されているよう に、二次支持体３６は、中間質量４０とバネ定数４２ａと４２ｂ、及び減衰特性 ４４ａと４４ｂによって代表することができる。振動素子１２の一次共振周波数 に対して二次支持体３６の特性の変化による影響は、本発明が除去しようとする ものである。 動作中に、弾性素子１２の自由端部２４は、駆動部２６により固有又は共振周 波数の振動に励起される。物質が振動素子１２の自由端部に加えられると、質量 ローディングに依存する周波数変化の大きさで、共振周波数が下にシフトする。 このようにして、振動テーパ素子１２の共振周波数の変化を監視及び測定するこ とにより、正確な質量の測定をすることができる。テーパ素子振動マイクロバラ ンスの構成及び動作の原理の詳細は、米国特許番号３，９２６，２７１号と４， ３９１，３３８号に提供されているので、ここでは繰返さない。 他の慣性質量測定器では、弾性素子がテーパ状、空洞、又は伸長である必要は ない。同じく、一次支持体はハウジングではなく、台又は枠組みで構成されても よい。ホース又は補助機器（示されていない）は、上記計器に接続されてもよい 。二次支持体もサスペンションシステムの代替又はこれがないことを含む、種々 の異なる形をとることができる。本発明の能動力補償器は、いかなるこれらの又 は他の変形を包含する慣性質量測定器に適用できる。 図１及び２に図示されているテーパ素子振動マイクロバランス１０を再び参照 して、振動部分（例えば、自由端部２４、基体２２及び質量Ｍ）の振動運動は、 弾性素子１２を介して一次支持体１８に導かれる。振動により発生する慣性力は 、通常、一次支持体と二次支持構造体の種々の素子を移動させるような一次支持 体１８の加速を生ずる。本発明が存在しない場合、吊り上げられた一次支持体１ ８は前後に揺れ動き、エネルギーは振動素子１２から一次支持体１８を介して二 次支持体３６に伝導される。この連結のために、例えば温度変化や老化又は他の 環境要因による二次支持体３６の素子の減衰効果などの特性における変化は、周 波数の読み取り及びこれに関連するマイクロバランスの質量測定を危うくする。 本発明は、マイクロバランス１０に能動力補償器４６を加えることでこの問題 を解決する。補償器４６は載置プレート４７を介して一次支持体１８に固定され る。補償器４６は、振動素子１２によって一次支持体１８に伝えられる慣性力を 打ち消すように能動補償力を支持体１８に付与する。補償力ＣＦは、一次支持体 １８が実質的に正味加速度及び変位を受けないようにするために、慣性力ＩＦに 対し大きさが等しく方向が反対にされる。したがって、計器の振動素子１２の感 知される共振周波数に与える二次支持体３６の素子の特性変化の影響を回避でき 、測定精度の大幅な改善を達成することができる。 最大の効果を得るために、すなわち慣性力を全て打ち消すために、補償力ＣＦ は、振動成分の有効作用線４８に沿って付与されること、すなわち弾性素子の振 動部分、基体、及び他の振動部分に支持されている質量に付与される（以下、単 に「振動弾性素子の有効作用線」という）。テーパ素子振動マイクロバランス１ ０の中では、振動成分は技術的にはアークに沿って伝播するが、全ての実用上の 目的に対しては、振動の振幅は小さいので、アークは直線４８に近似できる。し たがって、実用上は、補償力ＣＦの直線状の付与は、振動素子の運動の補償を満 足する。さらに、補償器４６が有効作用線４８に近似的に沿って整列されている だけでも、性能の極めて意義深い改善が達成できる。 有効作用線４８の位置は、有効作用線の領域周辺に高感度の加速度計５０を一 次支持体１８に仮に取付けることにより、実験的に決定できる。それから、補償 器４６は、その運動の線が振動素子１２の有効作用線４８に近似的に整列される ように、一次支持体１８に取付けられる。次に、補償器駆動信号の位相と振幅は 、加速度計５０の測定値を最小にするように調整される。それから、補償器の取 付け位置は、加速度の最低の測定値を得られるまで調整され、このように調整さ れた場合、補償器の配置が有効作用線４８に整列されたことを意味する。 以下 にさらに説明するように、能動力補償器４６は、慣性質量測定器の振動素子１２ の感知された共振周波数で電気的に駆動される。補償力ＣＦは、補償器駆動部５ ４により補償質量５２を振動させることにより発生できる。他の慣性又は反動力 駆動部、例えば、圧電又はエアジェットは、能動補償力を発生させるのに用いる こともできる。 例として、図２に、電磁補償質量駆動部５４が示されている。駆動部５４は、 ２つの磁極５８と６０を有する永久磁石５６を含み、それらの磁極間に隙間６２ を残して形成されている。電気コイル６６が巻かれたドラム６４は、隙間６２に 挿入されている。補償質量５２は、ステム６８によりドラム６４に接続されてい る。コイル６２に流れる交流電流は、永久磁石５６により発生されて磁極５８と ６０により隙間６２に生ずる磁場と相互に作用し、ドラム６４とこれに取り付け られたステム６８と補償質量５２の振動を引き起し、これにより能動補償力ＣＦ を生ずる。能動力補償器４６は、自己の共振周波数が好ましくは振動素子１２の 共振周波数からかけ離されるように構成されている。補償器４６は、振動素子１ ２の感知された共振周波数を追跡するように駆動される。好ましくは、補償器４ ６の駆動信号は運動センサ２８の電気出力から得る。 図３に示されるように、運動センサ２８は駆動帰還増幅器７０にＡＣ出力信号 を供給する。駆動帰還増幅器７０の中で、運動センサ２８からの出力信号はプリ アンプ７２により最初に増幅され、その次に移相器７４と整流器７６の両方に用 いられる。移相器７４は、駆動器２６が弾性素子１２を共振周波数の振動に保持 するのに必要とされるため、出力信号の位相を適宜、例えば９０°移相する。整 流器７６はその出力信号を、比較器７８が出力信号の振幅とＤＣ基準とを比較で きるように整流する。移相器７４から出力される位相と周波数の情報と、比較器 ７８から出力される振幅の情報は、駆動器２６に適した駆動信号を形成するため に倍率器８０において組み合わされる。移相器７４から出力される周波数情報も また、周知の技術のように、質量を測定するカウンター／コンピュータ８２に都 合よく供給できる。 また、プリアンプ７０の出力は、能動力補償器４６を駆動するために使用され る補助利得調整可能増幅器８４に供給できる。補助増幅器８４は、入力信号の位 相を適宜、例えば１８０°移相させる移相器８６と、線９０に沿って倍率器８８ に供給されるＤＣ基準に応じて、補償器駆動信号の利得を調整する倍率器８８を 含んでいる。補助増幅器８４の出力は能動力補償器４６の駆動補償器信号である 。 補助増幅器８４は、補償質量５２の運動の周波数、位相、及び振幅を測定する 。この運動の周波数は感知された共振周波数に対応する。補償器駆動信号の電気 位相は、補償質量５２の物理的位相がバランスの振動素子１２に対して１８０° 位相外れになるように調整される。好ましくは、高感度加速度計５０が有効作用 線 ４８に沿って一次支持体１８に仮に取付けられ、その次に弾性素子が振動してい る状態で正味加速度がほぼゼロを示すように、補償器駆動信号の位相と振幅を調 整する。このやり方は、電子回路中のいかなる位相又は振幅の歪についても補償 する。 加速度計を利用して最初に補償器駆動信号の振幅を一回設定するの代えて、質 量ローディングの度に周期的に振幅を修正するために、加速度計を一次支持体１ ８に残すことができる。あるいは、信号周波数の関数として補償器駆動信号の振 幅の望ましい関係を決定し、参照用テーブルに記憶し、及び質量ローデイングの 際に補償器駆動信号の振幅を適切に調整するコンピュータ８２の必要に応じて検 索することができる。この後者の方法は、一次支持体の加速を連続的に監視する 必要がなく、自動的に振幅を調整することを容易にする。補償器駆動信号を現場 で微小調整するために特に有用であるかもしれない、又は加速度計が容易に手に 入りにくいときの他の方法は、センサ２８で局部周波数のピークが検出される迄 、補償器駆動信号の振幅を調整するものである。このピークは、適用された補償 力ＣＦにより減衰効果が最小に抑えられたときに起こる。 本発明の能動力補償器は、慣性質量測定器の特性の大幅な向上をもたらす。デ ンマークのブリューエル アンドクジャー（Bruel & Kjaer）からのミニ-シェー カータイプ（Mini-Shaker Type）4810を補償質量駆動器として使用した一つの実 験では、テーパ素子振動マイクロバランスのハウジングの運動を９０％低減する ことができ、また、二次支持構造体の感知された周波数への影響を５０倍低減す ることができた。したがって、本発明の能動力補償器は、慣性質量測定器の測定 精度を大幅に向上することができ、また、上に述べた他の目的も達成できる。こ こにおいて、種々の具体的な実施例が記載及び描かれたが、発明の精神から離れ ずに変更、再配列及び置換などを行えることは、この技術の分野における当業者 に容易に明らかである。例えば、本発明の利益を実現するために、他の制御法 及び補償器駆動構造を利用できる。本発明の範囲はここに添付された請求項で定 義される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９５年６月３０日 【補正内容】 請求の範囲 １．測定対象の物質を支持する第１の部分（２４）と一次支持体（１８）に固 定された第２の部分（１４）とを有する弾性素子（１２）と、 質量ローディングにより変化する共振周波数に前記弾性素子（１２）を振動駆 動する手段（２６）と、 質量ローディングの測定として共振周波数の変化を感知する感知手段（２８） とを含んでなる高精度を呈する慣性質量測定器（１０）において、 前記一次支持体（１８）を吊るす前記二次支持体（３６）のサスペンションシ ステム（２０）を含め、前記振動弾性素子（１２）から前記一次支持体（１８） を介して前記一次支持体を支持する二次支持体（３６）へのエネルギーの伝導及 び散逸が、質量の測定を危うくする二次支持体の特性変化をさけるために最小化 されるように、前記弾性素子（１２）の振動に起因する慣性力（ＩＦ）を能動的 に補償する前記一次支持体（１８）上で動作する電気駆動の補償力付与手段（４ ６）を含んでなることを特徴とする高精度を呈する慣性質量測定器（１０）。 ２．前記補償力付与手段（４６）は、前記振動によって前記一次支持部に伝導 される慣性力（ＩＦ）を打ち消すために、能動的に共振周波数の補償力（ＣＦ） を前記一次支持体（１８）に与える手段を含み、前記一次支持体（１８）は前記 振動にかかわらず実質的に固定された状態に保持することを特徴とする請求項１ に記載の慣性質量測定器。 ３．前記補償力付与手段（４６）は、能動的に前記慣性力（ＩＦ）に対して等 しくかつ反対の補償物理力を、振動弾性素子の有効作用線（４８）に沿って与え ることを特徴とする請求項２に記載の慣性質量測定器。 ４．前記補償力付与手段（４６）は、補償質量（５２）を有効作用線（４８） を沿って振動させる手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の慣性質量測定 器。 ５．前記補償質量振動手段は、電磁駆動手段（５４）を含んでなることを特徴 とする請求項４に記載の慣性質量測定器。 １１．測定対象の物質（Ｍ）を支持する第１の部分（２４）と一次支持体（１ ８）に固定された第２の部分（１４）とを有する弾性素子（１２）を用意する行 程と、 質量ローデイングにより変化する共振周波数で弾性素子（１２）を振動駆動す る行程と、 質量ローディングの測定として共振周波数の変化を感知する行程とを含んでな る慣性質量測定方法において、 前記一次支持体（１８）が前記慣性力（ＩＦ）と前記振動弾性素子（１２）か ら前記一次支持体（１８）を介しで前記一次支持体（１８）を支持する二次支持 体（３６）へのエネルギーの伝導及び散逸とに起因する正味加速度を実質的に感 じないように、前記弾性素子（１２）の振動によって一次支持体（１８）に伝導 される慣性力（ＩＦ）を、質量の測定を危うくする二次支持体の特性変化を避け るために最小化する能動力補償行程を含んでなることを特徴とする慣性質量測定 方法。 １２．前記能動力補償行程は、前記慣性力（ＩＦ）を打ち消す振動補償力（Ｃ Ｆ）を前記一次支持体（１８）に能動的に与えることを特徴とする請求項１１に 記載の慣性質量測定方法。 １３．振動素子の有効作用線（４８）を決定する行程と、 前記補償力（ＣＦ）を前記有効作用線（４８）に実質的に沿って与える行程と を含むことを特徴とする請求項１２に記載の慣性質量測定方法。 １４．加速度計（５０）を前記一次支持体（１８）に取付ける行程と、 前記弾性素子（１２）の振動中に加速度計（５０）をゼロにすることによって 前記振動補償力（ＣＦ）を決定する行程とを含むことを特徴とする請求項１３に 記載の慣性質量測定方法。 １５．前記振動補償力は、前記慣性力と等しい大きさで、反対の方向を有する ことを特徴とする請求項１３に記載の慣性質量測定方法。 １６．前記振動補償力は、前記共振周波数で動作し、前記慣性力から１８０° 移相された位相であることを特徴とする請求項１３に記載の慣性質量測定方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．測定対象の物質を支持する第１の部分（２４）と一次支持体（１８）に固 定された第２の部分（１４）とを有する弾性素子（１２）と、 質量ローディングにより変化する共振周波数に前記弾性素子（１２）を振動駆 動する手段（２６）と、 質量ローディングの測定として共振周波数の変化を感知する感知手段（２８） とを含んでなる高精度を呈する慣性質量測定器（１０）において、 前記弾性素子（１２）の振動によりもたらされる慣性力（ＩＦ）を、能動的に 補償する電気的駆動手段（４６）を含んでなることを特徴とする高精度を呈する 慣性質量測定器（１０）。 ２．前記能動補償手段（４６）は、前記振動によって前記一次支持部に伝導さ れる慣性力（ＩＦ）を打ち消すために、能動的に共振周波数の補償力（ＣＦ）を 前記一次支持体（１８）に与える手段を含み、前記一次支持体（１８）は前記振 動にかかわらず実質的に固定された状態に保持することを特徴とする請求項１に 記載の慣性質量測定器。 ３．前記能動補償手段（４６）は、能動的に前記慣性力（ＩＦ）に対して等し くかつ反対の補償物理力を、振動弾性素子の有効作用線（４８）に沿って与える ことを特徴とする請求項２に記載の慣性質量測定器。 ４．前記能動補償手段（４６）は、補償質量（５２）を有効作用線（４８）を 沿って振動させる手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の慣性質量測定器 。 ５．前記補償質量振動手段は、電磁駆動手段（５４）を含んでなることを特徴 とする請求項４に記載の慣性質量測定器。 ６．前記補償質量振動手段（４６）に補償器駆動信号を与える手段（８４）を 含んでなり、前記補償器駆動信号は、前記感知手段（２８）の出力信号の周波数 と同じ周波数を有し、かつ前記出力信号の位相に対して移相された位相を有する ことを特徴とする請求項４に記載の慣性質量測定器。 ７．前記一次支持体（１８）の正味加速度が実質的にゼロになる結果をもたら すように、前記補償器駆動信号の振幅を変化させる手段（９０）を含んでなるこ とを特徴とする請求項６に記載の慣性質量測定器。 ８．前記補償器駆動信号の周波数の関数として前記補償器駆動信号の振幅を自 動的に変化する手段（８２）を含んでなることを特徴とする請求項６に記載の慣 性質量測定器。 ９．前記弾性素子（１２）の振動の感知された周波数の局部ピークの検出に基 づいて、前記補償器駆動信号の振幅を設定する手段を含んでなることを特徴とす る請求項６に記載の慣性質量測定器。 １０．前記弾性素子（１２）はテーパ状の伸長された形状を有し、前記第１の 部分（２４）は前記弾性素子（１２）の自由な端部を含み、前記第２の部分（１ ４）は前記弾性素子（１２）の大きい反対の端部を含み、前記一次支持体（１８ ）は前記弾性素子（１２）を少なくとも部分的に囲むハウジングを含んでなるこ とを特徴とする請求項７に記載の慣性質量測定器。 １１．測定対象の物質（Ｍ）を支持する第１の部分（２４）と一次支持体（１ ８）に固定された第２の部分（１４）とを有する弾性素子（１２）を用意する行 程と、 質量ローディングにより変化する共振周波数で弾性素子（１２）を振動駆動す る行程と、 質量ローディングの測定として共振周波数の変化を感知する行程とを含んでな る慣性質量測定方法において、 前記一次支持部が前記慣性力（ＩＦ）による正味加速度を実質的に感じないよ うに、前記弾性素子（１２）の振動によって一次支持体（１８）に伝導される慣 性力（ＩＦ）を能動的に補償する行程を含んでなることを特徴とする慣性質量測 定方法。 １２．前記能動補償行程は、前記慣性力（ＩＦ）を打ち消す振動補償力（ＣＦ ）を前記一次支持体（１８）に能動的に与えることを特徴とする請求項１１に記 載の慣性質量測定方法。 １３．振動素子の有効作用線（４８）を決定する行程と、 前記有効作用線（４８）に実質的に沿って前記振動補償力（ＣＦ）を与える行 程とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の慣性質量測定方法。 １４．加速度計（５０）を前記一次支持体（１８）に取付ける行程と、 前記弾性素子（１２）の振動中に加速度計（５０）をゼロにすることによって 前記振動補償力（ＣＦ）を決定する行程とを含むことを特徴とする請求項１３に 記載の慣性質量測定方法。 １５．前記振動補償力は、前記慣性力と等しい大きさで、反対の方向を有する ことを特徴とする請求項１３に記載の慣性質量測定方法。 １６．前記振動補償力は、前記共振周波数で動作し、前記慣性力から１８０° 移相された位相であることを特徴とする請求項１３に記載の慣性質量測定方法。 １７．前記一次支持体（１８）の正味加速度が実質的にゼロになる結果をもた らすために、前記振動補償力の振幅を変化する行程を含むことを特徴とする請求 項１２に記載の慣性質量測定方法。 １８．感知された共振周波数の関数として前記振動補償力の振幅を自動的に変 化する行程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の慣性質量測定方法。 １９．前記弾性素子の振動の感知された周波数の局部ピークの検出に基づいて 、前記補償器駆動信号の振幅を設定する行程を含むことを特徴とする請求項１２ に記載の慣性質量測定方法。