JPH0980072A - Accelerometer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度計、特にサ
ーボ型加速度計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an accelerometer, particularly a servo type accelerometer.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3及び図4に従来の加速度計の例を示
す。加速度計は、第1の基台又はフレーム10と第2の
基台又はフレーム12とを有し、第1のフレーム10の
係合部10eと第2のフレーム12の係合部12eとは
互いに係合し、それによって両フレーム10、12は接
続されている。2. Description of the Related Art FIGS. 3 and 4 show examples of conventional accelerometers. The accelerometer has a first base or frame 10 and a second base or frame 12, and the engaging portion 10e of the first frame 10 and the engaging portion 12e of the second frame 12 are mutually Engagement, whereby the two frames 10, 12 are connected.
【0003】加速度計は、更に、第1のフレーム10の
取り付け部10aに押さえ板18を介して適当な締結具
例えばねじ等によって取り付けられた撓み継ぎ手20
と、斯かる撓み継ぎ手20の他端に装着された棒状の振
り子30と、斯かる振り子30に装着された円筒状の1
対のトルカコイル34A、34Bと、斯かるトルカコイ
ル34A、34Bより隔置されて各フレーム10、12
に装着された円板状の1対の永久磁石36A、36B及
び円筒状の1対のポールピース38A、38Bと、振り
子30の先端部にてそれより隔置された発光素子40A
及び受光素子40Bとからなる変位検出装置とを有す
る。The accelerometer is further provided with a flexible joint 20 attached to the mounting portion 10a of the first frame 10 via a pressing plate 18 by a suitable fastener such as a screw.
A rod-shaped pendulum 30 attached to the other end of the flexible joint 20, and a cylindrical pendulum 1 attached to the pendulum 30.
A pair of Toruca coils 34A and 34B and each of the frames 10 and 12 separated from the Toruca coils 34A and 34B.
A pair of disk-shaped permanent magnets 36A, 36B and a pair of cylindrical pole pieces 38A, 38B mounted on the pendulum 30, and a light emitting element 40A spaced from the pole piece 38A, 38B at the tip of the pendulum 30.
And a displacement detection device including the light receiving element 40B.
【0004】振り子30の先端部にてそれより隔置され
て1対のストッパ42A、42Bが配置されており、斯
かるストッパ42A、42Bによって振り子30の振幅
が制限される。ストッパ42A、42Bの外面に形成さ
れた雄ねじが第1及び第2のフレーム10、12に形成
された雌ねじに係合するように構成されており、ストッ
パ42A、42Bを回転させることによってストッパ4
2A、42Bはその軸線方向に移動し、それによって振
り子30の振幅を調節することができる。A pair of stoppers 42A and 42B are arranged at the tip of the pendulum 30 and are spaced therefrom, and the amplitude of the pendulum 30 is limited by the stoppers 42A and 42B. The male threads formed on the outer surfaces of the stoppers 42A and 42B are configured to engage with the female threads formed on the first and second frames 10 and 12, and the stopper 4 is rotated by rotating the stoppers 42A and 42B.
2A, 42B move in their axial direction, which allows the amplitude of the pendulum 30 to be adjusted.
【0005】第1のフレーム10のフランジ部10bに
は基準面10cが設けられており、また図4に示す如く
孔10dが形成されている。斯かる基準面10cを被測
定物体の対応する基準面に装着し、孔10dに適当な締
結具例えばねじを挿入することによって、加速度計は被
測定物体に装着固定される。The flange portion 10b of the first frame 10 is provided with a reference surface 10c, and a hole 10d is formed as shown in FIG. By mounting such a reference surface 10c on the corresponding reference surface of the object to be measured and inserting an appropriate fastener such as a screw into the hole 10d, the accelerometer is mounted and fixed to the object to be measured.
【0006】第1のフレーム10のフランジ部10bに
は円筒状の端子ケース44が装着され、斯かる端子ケー
ス44には外部端子50A、50Bが取り付けられ、端
子ケース44に形成された開口部44aは蓋54によっ
て閉鎖されるように構成されている。尚、ストッパ42
A、42Bが配置されているねじ孔も外側より接着剤等
によってシールされている。A cylindrical terminal case 44 is mounted on the flange portion 10b of the first frame 10, external terminals 50A and 50B are attached to the terminal case 44, and an opening 44a formed in the terminal case 44. Is configured to be closed by a lid 54. The stopper 42
The screw holes in which A and 42B are arranged are also sealed from the outside by an adhesive or the like.
【0007】こうして加速度計の内部は密閉構造となっ
ており、従って、その内部の構成部を組み立てた後、開
口部44aを介して電気的な結線をなし、内部を真空に
し又は不活性ガスにて充填し、蓋54によって斯かる開
口部44aを閉鎖することによって、構成部品の品質を
長期に亘って保持し、加速度計の寿命を長くすることが
できる。Thus, the inside of the accelerometer has a closed structure. Therefore, after the internal components are assembled, electrical connection is made through the opening 44a, and the inside is evacuated or inert gas is supplied. Filling and closing such an opening 44a with the lid 54, the quality of the components can be maintained for a long time and the life of the accelerometer can be extended.
【0008】振り子30と振り子30に装着されたトル
カコイル34A、34Bと撓み継ぎ手20とは第1のフ
レーム10の取り付け部10aにて片持ち支持されてお
り、撓み継ぎ手20には適当な撓み部20aが形成さ
れ、それによって振り子30は斯かる撓み部20aを通
る回転軸線O−O周りに揺動することができる。撓み部
20aは、例えば図4に示すように、撓み継ぎ手20に
矩形の孔20eを形成しその両側の2本の支柱部に薄肉
部を形成するように構成してよい。The pendulum 30, the Toluca coils 34A and 34B attached to the pendulum 30, and the flexible joint 20 are cantilevered by the mounting portion 10a of the first frame 10, and the flexible joint 20 has an appropriate flexible portion 20a. Is formed, whereby the pendulum 30 can swing about the rotation axis O-O passing through the bending portion 20a. The flexible portion 20a may be configured, for example, as shown in FIG. 4, to form a rectangular hole 20e in the flexible joint 20 and to form a thin wall portion in the two column portions on both sides thereof.
【0009】第1のフレーム10は電磁軟鉄よりなり、
第1のポールピース38Aから第1の永久磁石36Aを
介して第1のフレーム10まで磁気回路を形成するべく
ヨーク(リターンパス)として機能し、これらは第1の
トルカコイル34Aと共働して第1のトルカを提供す
る。第2のフレーム12は電磁軟鉄よりなり、第2のポ
ールピース38Bから第2の永久磁石36Bを介して第
2のフレーム12まで磁気回路を形成するべくヨーク
(リターンパス)として機能し、これらは第2のトルカ
コイル34Bと共働して第2のトルカを提供する。The first frame 10 is made of electromagnetic soft iron,
It functions as a yoke (return path) to form a magnetic circuit from the first pole piece 38A to the first frame 10 via the first permanent magnet 36A, and these cooperate with the first torquer coil 34A to form a first circuit. Provide 1 Toruca. The second frame 12 is made of electromagnetic soft iron and functions as a yoke (return path) to form a magnetic circuit from the second pole piece 38B to the second frame 12 via the second permanent magnet 36B. Cooperates with the second Toruca coil 34B to provide a second Toruca.
【0010】ここで、図示のように、静止状態に於ける
振り子30の中心軸線に沿った方向をZ軸とし、Z軸に
垂直な方向即ち加速度計の中心軸線X−Xに沿った方向
をX軸とし、X軸及びZ軸の双方に直交する方向をY軸
とする。Here, as shown in the figure, the direction along the central axis of the pendulum 30 in a stationary state is defined as the Z axis, and the direction perpendicular to the Z axis, that is, the direction along the central axis XX of the accelerometer. The X axis is defined as a direction orthogonal to both the X axis and the Z axis.
【0011】円筒状のトルカコイル34A、34Bはそ
の中心軸線が加速度計の中心軸線X−Xと整合するよう
に振り子30に装着され、円筒状のポールピース38
A、38Bはその内部に配置されている。The cylindrical Toruca coils 34A and 34B are mounted on the pendulum 30 so that the central axes thereof are aligned with the central axis XX of the accelerometer, and the cylindrical pole piece 38.
A and 38B are arranged inside.
【0012】図5及び図6を参照して、本例の加速度計
によって入力加速度αを検出する原理を説明する。図5
に演算増幅回路の例を示す。演算増幅回路は受光素子4
0Bの出力電流iPUを入力して増幅する増幅器110と
トルカコイル34A、34Bとトルカコイル34A、3
4Bに接続された読み取り抵抗111とを有する。トル
カコイル34A、34Bと読み取り抵抗111の接続点
112より加速度計の出力電圧信号V0 が得られる。The principle of detecting the input acceleration α by the accelerometer of this example will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
Shows an example of the operational amplifier circuit. The operational amplifier circuit is the light receiving element 4.
The amplifier 110 for inputting and amplifying the output current i PU of 0B, the Toruca coils 34A, 34B, and the Toruca coils 34A, 3
4B and a read resistor 111 connected to 4B. An output voltage signal V 0 of the accelerometer is obtained from the connection point 112 between the Toruca coils 34A and 34B and the reading resistor 111.
【0013】図6は加速度計における加速度検出の流れ
を示すブロック図である。ブロック101〜108に沿
って説明する。ブロック103、105にてSはラプラ
ス演算子を表す。FIG. 6 is a block diagram showing the flow of acceleration detection in the accelerometer. Description will be given along blocks 101 to 108. In blocks 103 and 105, S represents a Laplace operator.
【0014】ブロック101にて、加速度計の中心軸線
X−Xに沿って入力加速度αが作用すると、加速度αは
振り子30に作用する。振り子30のペンデュロシティ
をPとする。次にブロック102、103にて、振り子
30は撓み部20aを通る回転軸線O−O周りに回転
し、その先端部は微小変位する。At block 101, when the input acceleration α acts along the central axis line XX of the accelerometer, the acceleration α acts on the pendulum 30. Let P be the pendulum of the pendulum 30. Next, in blocks 102 and 103, the pendulum 30 rotates about the rotation axis O-O passing through the bending portion 20a, and its tip portion is slightly displaced.
【0015】斯かる微小変位量はブロック103に示す
ように、振り子30の慣性モーメントIと撓み部20a
のばね定数kによって決まる。As shown in block 103, such a small amount of displacement is obtained by the inertia moment I of the pendulum 30 and the bending portion 20a.
Is determined by the spring constant k of
【0016】ブロック104にて、振り子30の先端の
変位は変位検出装置によって検出される。振り子30の
先端が変位すると、発光素子40Aによって発光され受
光素子40Bによって受光される光量が変化するから、
受光素子40Bの出力電流が変化する。ブロック104
にて、KPUは変位検出装置のゲインである。At block 104, the displacement of the tip of the pendulum 30 is detected by a displacement detector. When the tip of the pendulum 30 is displaced, the amount of light emitted by the light emitting element 40A and received by the light receiving element 40B changes,
The output current of the light receiving element 40B changes. Block 104
At, K PU is the gain of the displacement detection device.
【0017】こうして変位検出装置の受光素子40Bか
らの出力電流は微小変位を表す。ブロック105、10
6にて、受光素子40Bの出力電流iPUは演算増幅回路
によって処理され、トルカ駆動電流iが得られる。斯か
るトルカ駆動電流iは、ブロック108にて、トルカコ
イル34A、34Bにフィードバックされる。ブロック
108にて、KT はトルカのトルカ定数である。Thus, the output current from the light receiving element 40B of the displacement detecting device represents a minute displacement. Blocks 105 and 10
At 6, the output current i PU of the light receiving element 40B is processed by the operational amplifier circuit to obtain the torquer drive current i. The Toruca driving current i is fed back to the Toruca coils 34A and 34B in block 108. At block 108, K T is the Toluca constant for Toluca.
【0018】トルカコイル34A、34Bに流れる電流
が変化すると、トルカコイル34A、34B及びポール
ピース38A、38Bを通る磁束密度のため、振り子3
0は撓み部20aを通る回転軸線O−O周りに微小変位
する。加算器102において、入力加速度αによる微小
変位に対して、トルカコイル34A、34Bに流れる電
流iによる微小変位が減算される。トルカコイル34
A、34Bに供給されるトルカ駆動電流iは、振り子3
0の微小変位に比例しているから、振り子30の先端の
変位は零となる。When the current flowing through the Toruca coils 34A and 34B changes, the pendulum 3 is generated due to the magnetic flux density passing through the Toruca coils 34A and 34B and the pole pieces 38A and 38B.
0 is slightly displaced around the rotation axis O-O passing through the bending portion 20a. In the adder 102, the small displacement due to the current i flowing through the torquer coils 34A and 34B is subtracted from the small displacement due to the input acceleration α. ToruCa coil 34
The ToruCa drive current i supplied to A and 34B is the pendulum 3
Since it is proportional to a small displacement of 0, the displacement of the tip of the pendulum 30 becomes zero.
【0019】振り子30の先端の変位が零となったと
き、トルカコイル34A、34Bに流れる電流iを検出
することによって、入力加速度αを計測することができ
る。ブロック107にて、トルカコイル34A、34B
に流れる電流iは電圧信号V0に変換される。こうして
得られた電圧信号V0 によって、入力角速度αが得られ
る。When the displacement of the tip of the pendulum 30 becomes zero, the input acceleration α can be measured by detecting the current i flowing in the torquer coils 34A and 34B. At block 107, the Toruca coils 34A, 34B
The current i flowing through is converted into a voltage signal V 0 . The input angular velocity α is obtained from the voltage signal V 0 thus obtained.
【0020】以下、演算増幅回路からの出力電圧信号V
0 と入力角速度αの関係を式によって示す。図6のブロ
ック図において、Hereinafter, the output voltage signal V from the operational amplifier circuit will be described.
The relationship between 0 and the input angular velocity α is shown by an equation. In the block diagram of FIG.
【0021】[0021]
【数1】KPU・KA ・KT /(RL +RS )=K K/(K+k)=K1 1/(K+k)=K2 [Formula 1] K PU · K A · K T / (R L + R S ) = K K / (K + k) = K 1 1 / (K + k) = K 2
【0022】とおき、電流iについて解くと、If we solve for the current i,
【0023】[0023]
【数2】i=K1 ・(IK2 S2 +TD K1 S+1)-1
・(P/KT )α[Equation 2] i = K 1 · (IK 2 S 2 + T D K 1 S + 1) −1
・ (P / K T ) α
【0024】となる。ここで、K≫kとなるように、K
PU、KA 、KT 、RL 、RS の値を選ぶと、It becomes Here, K such that K >> k
If you select the values of PU , K A , K T , R L , and R S ,
【0025】[0025]
【数3】i=〔(I/K)S2 +TD S+1〕-1・(P
/KT )α## EQU3 ## i = [(I / K) S 2 + T D S + 1] -1 · (P
/ K T ) α
【0026】電圧信号V0 はトルカ電流iと読み取り抵
抗RS の積だから、V0 =iRS である。Since the voltage signal V 0 is the product of the Toruca current i and the read resistance R S , V 0 = iR S.
【0027】[0027]
【数4】V0 =〔(I/K)S2 +TD S+1〕-1・
(PRS /KT )α[Formula 4] V 0 = [(I / K) S 2 + T D S + 1] −1 ·
(PR S / K T ) α
【0028】尚、この式は、低周波数領域では、次のよ
うにより簡単に表される。In the low frequency region, this equation is more simply expressed as follows.
【0029】[0029]
【数5】V0 =(PRS /KT )α(5) V 0 = (PR S / K T ) α
【0030】ここに、Pは振り子30のペンデュロシテ
ィ、RS は読み取り抵抗器の抵抗値、KT はトルカ定
数、αは入力加速度である。Here, P is the pendulum of the pendulum 30, R S is the resistance value of the reading resistor, K T is the Toruca constant, and α is the input acceleration.
【0031】数5の式のトルカ定数KT はトルカを構成
する永久磁石36A、36B及びトルカコイル34A、
34Bによって決まる。しかし、永久磁石36A、36
Bの起磁力は周囲の温度変化によって変動する。このた
め、トルカ定数KT は一般にトルカの温度によって変化
し、次のように表される。The Toruca constant K T in the equation (5) is defined by the permanent magnets 36A and 36B and the Toruca coil 34A which form the Toruca.
34B. However, the permanent magnets 36A, 36
The magnetomotive force of B fluctuates due to changes in ambient temperature. Therefore, the Toruca constant K T generally changes depending on the temperature of the Toruca and is expressed as follows.
【0032】[0032]
【数6】KT =KT0(1+aΔT)[Equation 6] K T = K T0 (1 + aΔT)
【0033】ここに、KT0は常温におけるトルカ定数、
aはトルカ定数の温度係数、ΔTは常温からの温度偏差
である。尚、トルカ定数KT の温度係数aは一般にa<
0である。数6の式を数5の式に代入する。トルカ定数
KT の温度係数aは微小だから、次のような近似式が得
られる。Where K T0 is the Toruca constant at room temperature,
a is the temperature coefficient of the Toruca constant, and ΔT is the temperature deviation from room temperature. The temperature coefficient a of the Toruca constant K T is generally a <
0. The expression of Expression 6 is substituted into the expression of Expression 5. Since the temperature coefficient a of the Toruca constant K T is minute, the following approximate expression can be obtained.
【0034】[0034]
【数7】V0 =(PRS /KT )α =PRS α/〔KT0(1+aΔT)〕 ≒PRS α(1−aΔT)/KT0 ## EQU7 ## V 0 = (PR S / K T ) α = PR S α / [K T0 (1 + aΔT)] ≈PR S α (1-aΔT) / K T0
【0035】ここで、入力加速度αに対する出力電圧V
0 の比は加速度計のスケールファクFS と称される。従
って、次のよう表される。Here, the output voltage V with respect to the input acceleration α
The ratio of 0 is referred to as the accelerometer scale factor F S. Therefore, it is expressed as follows.
【0036】[0036]
【数8】PRS (1−aΔT)/KT0=FS V0 =FS α## EQU8 ## PR S (1-aΔT) / K T0 = F S V 0 = F S α
【0037】加速度計のスケールファクタFS は数8の
式によって表されるように、温度の関数であり、温度に
よって変化する。従って、温度が変化すると、加速度計
の出力電圧V0 に誤差が生ずる。The scale factor F S of the accelerometer is a function of temperature as expressed by the equation (8) and changes with temperature. Therefore, when the temperature changes, an error occurs in the output voltage V 0 of the accelerometer.
【0038】図7を参照して加速度計の第2の従来例を
説明する。図7は第2の従来例の第1のトルカの部分の
詳細を示す。第2のトルカは第1のトルカと同様な構成
を有し、第1及び第2のトルカ以外の部分は図3及び図
4を参照して説明した加速度計の第1の従来例と同様な
構成を有する。尚、斯かる図7に示した加速度計の詳細
は本願出願人と同一の出願人による特願平1−1355
24号を参照されたい。A second conventional example of the accelerometer will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows details of a portion of the first Toruca of the second conventional example. The second torquer has the same structure as the first torquer, and the parts other than the first and second torquers are the same as the first conventional example of the accelerometer described with reference to FIGS. 3 and 4. Have a configuration. Details of the accelerometer shown in FIG. 7 are described in Japanese Patent Application No. 1-1355 by the same applicant as the present applicant.
See No. 24.
【0039】この第2の従来例は、加速度計のスケール
ファクタFS が温度によらず常に一定となるように構成
されている。この例では、ポールピース38Aと第1の
フレーム10(壺形ヨーク)との間の円周方向の間隙G
を通る磁束ΦG が周囲の温度の変化に影響されずに常に
一定となるように構成されている。The second conventional example is constructed so that the scale factor F S of the accelerometer is always constant regardless of the temperature. In this example, the gap G in the circumferential direction between the pole piece 38A and the first frame 10 (pot-shaped yoke).
The magnetic flux Φ G passing through is always constant without being affected by changes in ambient temperature.
【0040】図示のように、第1のトルカの中心軸線に
沿って円形断面の整磁合金製のスプール部材60Aが設
けられている。即ち、第1のフレーム10、永久磁石3
6A及びポールピース38Aに貫通孔を設け、斯かる貫
通孔にスプール部材60Aが挿入されている。As shown in the drawing, a spool member 60A made of magnetic shunt alloy having a circular cross section is provided along the central axis of the first torquer. That is, the first frame 10 and the permanent magnet 3
6A and the pole piece 38A are provided with through holes, and the spool member 60A is inserted into the through holes.
【0041】スプール部材60Aは中央の径が小さい磁
束補償部60bとその両側の径が大きい磁束導入部60
a、60cとを有し、内側の磁束導入部60aはポール
ピース38A内に配置され、中間の磁束補償部60bは
永久磁石36A内に配置され、外側の磁束導入部60c
は第1のフレーム10(壺形ヨーク)内に配置されてい
る。The spool member 60A includes a magnetic flux compensating portion 60b having a small central diameter and magnetic flux introducing portions 60 having large diameters on both sides thereof.
a and 60c, the inner magnetic flux introducing portion 60a is arranged in the pole piece 38A, the intermediate magnetic flux compensating portion 60b is arranged in the permanent magnet 36A, and the outer magnetic flux introducing portion 60c.
Are arranged in the first frame 10 (pot-shaped yoke).
【0042】図7の矢印によって示すように、永久磁石
36Aを通る磁束ΦM は第1のフレーム10(壺形ヨー
ク)を通る磁束ΦG とスプール部材60Aを通る磁束Φ
S とに分割される。磁束補償部60bの径と磁束導入部
60a、60cの径との比を所定の値にすれば、間隙G
を通る磁束ΦG は常に一定になる。As indicated by the arrow in FIG. 7, the magnetic flux Φ M passing through the permanent magnet 36A is the magnetic flux Φ G passing through the first frame 10 (pot-shaped yoke) and the magnetic flux Φ passing through the spool member 60A.
It is divided into S and. If the ratio of the diameter of the magnetic flux compensating portion 60b and the diameter of the magnetic flux introducing portions 60a and 60c is set to a predetermined value, the gap G
The magnetic flux Φ G passing through is always constant.
【0043】こうして、第1のトルカにスプール部材6
0Aを配置し、磁束補償部60bと磁束導入部60a、
60cの断面積の比を適当な値に設定することによっ
て、ポールピース38Aより間隙Gを通って第1のフレ
ーム10(壺形ヨーク)を通る磁束ΦG が一定となり、
温度変動によるスケールファクタ誤差が除去される。Thus, the spool member 6 is attached to the first torquer.
0A is arranged, and the magnetic flux compensating section 60b and the magnetic flux introducing section 60a,
By setting the ratio of the cross-sectional area of 60c to an appropriate value, the magnetic flux Φ G passing through the gap G from the pole piece 38A and passing through the first frame 10 (pot-shaped yoke) becomes constant,
Scale factor errors due to temperature variations are eliminated.
【0044】[0044]
【発明が解決しようとする課題】図7に示した従来の加
速度計では、温度変動によるスケールファクタ誤差を除
去するために、スプール部材60A、60Bを使用して
おり、構造が複雑となり、製造工程が多くなる欠点があ
った。In the conventional accelerometer shown in FIG. 7, spool members 60A and 60B are used in order to eliminate the scale factor error due to temperature fluctuations, which complicates the structure and makes the manufacturing process difficult. There was a drawback that it increased.
【0045】また斯かる従来の例では、スプール部材6
0A、60Bはポールピース38A及び第1のフレーム
10(壺形ヨーク)又は第2のフレーム12(壺形ヨー
ク)に形成された孔に圧入等によって固定されていた。
即ち、スプール部材60A、60Bの内側の磁束導入部
60aはポールピース38Aの孔に圧入され、外側の磁
束導入部60cは第1のフレーム10又は第2のフレー
ム12の孔に圧入されていた。Further, in such a conventional example, the spool member 6
0A and 60B were fixed to the holes formed in the pole piece 38A and the first frame 10 (pot-shaped yoke) or the second frame 12 (pot-shaped yoke) by press fitting or the like.
That is, the magnetic flux introducing portions 60a inside the spool members 60A and 60B were press-fitted into the holes of the pole piece 38A, and the magnetic flux introducing portions 60c outside were press-fitted into the holes of the first frame 10 or the second frame 12.
【0046】従って、従来の加速度計では永久磁石36
A、36B、ポールピース38A、38B、フレーム1
0、12(壺形ヨーク)及びスプール部材60A、60
Bを含むトルカを製造し組み立てる作業が困難であっ
た。Therefore, in the conventional accelerometer, the permanent magnet 36
A, 36B, pole pieces 38A, 38B, frame 1
0, 12 (pot-shaped yoke) and spool members 60A, 60
It was difficult to manufacture and assemble the ToruCa containing B.
【0047】本発明は、斯かる点に鑑み、周囲の温度変
化によってスケールファクタが変動することがなく常に
正確な加速度を検出することが可能であり、且つ構造が
簡単な加速度計を提供することを目的とする。In view of the above point, the present invention provides an accelerometer that can always detect an accurate acceleration without changing the scale factor due to a change in ambient temperature and has a simple structure. With the goal.
【0048】[0048]
【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図1及び図2に示すように、基台と、上記基台に装着さ
れた可撓継手と、上記可撓継手の一端に取り付けられた
振り子と、上記基台に対する上記振り子の変位を検出す
る変位検出装置と、上記変位検出装置によって検出され
た変位に比例したトルクを発生させるトルカと、上記ト
ルカに供給される電流信号を入力して電圧信号を生成す
る演算増幅回路と、を有し、該演算増幅回路より出力さ
れた電圧信号によって加速度を求めるように構成された
加速度計において、上記演算増幅回路は、上記トルカの
トルカ定数aと同極性の温度係数bを有し温度と共に抵
抗値が直線的に変化する抵抗温度素子を含むことを特徴
とする。According to the present invention, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a base, a flexible joint mounted on the base, and one end of the flexible joint are attached. A pendulum, a displacement detection device that detects the displacement of the pendulum with respect to the base, a torquer that generates a torque proportional to the displacement detected by the displacement detection device, and a current signal supplied to the torquer. And an operational amplifier circuit for generating a voltage signal by means of a voltage signal output from the operational amplifier circuit. It includes a resistance temperature element having a temperature coefficient b of the same polarity as and having a resistance value linearly changing with temperature.
【0049】本発明によると、加速度計において、上記
抵抗温度素子の温度係数bは上記トルカのトルカ定数の
温度係数aに等しく、b=aであることを特徴とする。
また、上記演算増幅回路は上記抵抗温度素子に並列に接
続された付加抵抗を有することを特徴とする。According to the present invention, in the accelerometer, the temperature coefficient b of the resistance temperature element is equal to the temperature coefficient a of the Toruca constant of the Toruca, and b = a.
Further, the operational amplifier circuit has an additional resistance connected in parallel to the resistance temperature element.
【0050】本発明によると加速度計において、上記付
加抵抗の抵抗値R2 は次の式に基づいて設定されること
を特徴とする。 b=〔(R10+R2 )/R2 〕a ここに、bは上記抵抗温度素子の温度係数、R10は常温
における上記抵抗温度素子の抵抗値、aは上記トルカの
トルカ定数の温度係数である。According to the present invention, in the accelerometer, the resistance value R 2 of the additional resistance is set based on the following equation. b = [(R 10 + R 2 ) / R 2 ] a where b is the temperature coefficient of the resistance temperature element, R 10 is the resistance value of the resistance temperature element at room temperature, and a is the temperature coefficient of the Toruca constant of the Toruca. Is.
【0051】[0051]
【発明の実施の形態】以下に図1〜図2を参照して本発
明の実施例について説明する。尚、図1〜図2におい
て、図3〜図4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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 2, corresponding parts in FIGS. 3 to 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0052】本例の加速度計はトルカの温度感度を補償
するための抵抗温度素子120を有する。抵抗温度素子
120は、トルカ定数の温度感度と同極性の温度感度を
有する素子であり、温度と共に直線的に抵抗値が変化す
るように構成されている。The accelerometer of this example has a resistance temperature element 120 for compensating the temperature sensitivity of the torquer. The resistance temperature element 120 is an element having temperature sensitivity of the same polarity as the temperature sensitivity of the Toruca constant, and is configured so that the resistance value changes linearly with temperature.
【0053】抵抗温度素子120は、トルカの温度に応
答するように適当な位置に配置される。例えば、第1又
は第2のフレーム10、12に孔を設け、斯かる孔に配
置してよい。図1では、第1のフレーム10に設けた孔
内に配置されている。The resistance temperature element 120 is arranged at an appropriate position so as to respond to the temperature of the torquer. For example, holes may be provided in the first or second frames 10 and 12 and the holes may be arranged in the holes. In FIG. 1, it is arranged in a hole provided in the first frame 10.
【0054】尚、プリント配線板又はハイブリットIC
上に抵抗温度素子120を配置してもよい。斯かる場
合、抵抗温度素子120を装着したプリント配線板又は
ハイブリットICは、トルカの温度応答と同一の温度応
答を有するように、加速度計の内部の適当な位置に配置
される。A printed wiring board or hybrid IC
The resistance temperature element 120 may be arranged above. In such a case, the printed wiring board or the hybrid IC on which the resistance temperature element 120 is mounted is arranged at an appropriate position inside the accelerometer so as to have the same temperature response as that of the torquer.
【0055】本例の加速度計は抵抗温度素子120とそ
れに接続された演算増幅回路以外は図3及び図4に示し
た従来の加速度計の構成と同様な構成であってよい。The accelerometer of this example may have the same structure as that of the conventional accelerometer shown in FIGS. 3 and 4, except for the resistance temperature element 120 and the operational amplifier circuit connected thereto.
【0056】図2を参照して本発明による加速度計に使
用される演算増幅回路の例を説明する。本例の演算増幅
回路は、図5の従来の加速度計の演算増幅回路と比較し
て、読み取り抵抗111の代わりに抵抗温度素子120
及び付加抵抗121が配置されている点が異なる。An example of an operational amplifier circuit used in the accelerometer according to the present invention will be described with reference to FIG. The operational amplifier circuit of the present example is different from the operational amplifier circuit of the conventional accelerometer of FIG. 5 in that the resistance temperature element 120 is used instead of the reading resistor 111.
And an additional resistor 121 is arranged.
【0057】本例の演算増幅回路は、受光素子40Bの
出力電流iPUを入力して増幅する増幅器110とトルカ
コイル34A、34Bとトルカコイル34A、34Bに
接続された抵抗温度素子120及び付加抵抗121とを
有する。付加抵抗121は抵抗温度素子120に並列に
接続されている。トルカコイル34A、34Bと抵抗温
度素子120の間の接続点112より電圧信号V0 が得
られる。The operational amplifier circuit of this example includes an amplifier 110 for inputting and amplifying the output current i PU of the light receiving element 40B, a torquer coil 34A, 34B, and a resistance temperature element 120 and an additional resistor 121 connected to the torquer coil 34A, 34B. Have. The additional resistor 121 is connected in parallel to the resistance temperature element 120. The voltage signal V 0 is obtained from the connection point 112 between the Toruca coils 34A and 34B and the resistance temperature element 120.
【0058】本発明の基本原理を説明するために付加抵
抗121を除去して考える。付加抵抗121を除去する
と本例の演算増幅回路は、図5の演算増幅回路と同一と
なる。従って、読み取り抵抗RS の代わりに抵抗温度素
子120の抵抗値R1 に置き換えれば、数1の式〜数8
の式の議論が成り立つ。In order to explain the basic principle of the present invention, the additional resistor 121 is removed and considered. When the additional resistor 121 is removed, the operational amplifier circuit of this example becomes the same as the operational amplifier circuit of FIG. Therefore, if the resistance value R 1 of the resistance temperature element 120 is used instead of the read resistance R S , the formula 1 to formula 8
The argument of the formula of is established.
【0059】加速度計の出力電圧V0 はトルカ電流iと
抵抗温度素子120の抵抗値R1 の積である。従って次
のように表される。The output voltage V 0 of the accelerometer is the product of the Toruca current i and the resistance value R 1 of the resistance temperature element 120. Therefore, it is expressed as follows.
【0060】[0060]
【数9】V0 =i・R1 [Formula 9] V 0 = i · R 1
【0061】数7の式において、RS の代わりにR1 と
おくと次の式が得られる。[0061] In Equation 7 wherein the, R 1 far as the expression instead structured R S is obtained.
【0062】[0062]
【数10】V0 =PR1 α(1−aΔT)/KT0 ## EQU10 ## V 0 = PR 1 α (1-aΔT) / K T0
【0063】ここに、Pは振り子30のペンデュロシテ
ィ、αは入力加速度、KT0は常温におけるトルカ定数、
a(<0)はトルカ定数KT の温度係数、ΔTは常温か
らの温度偏差である。Here, P is the pendulum of the pendulum 30, α is the input acceleration, K T0 is the Toruca constant at room temperature,
a (<0) is the temperature coefficient of the Toruca constant K T , and ΔT is the temperature deviation from room temperature.
【0064】抵抗温度素子120の抵抗R1 の温度特性
が次の式のように表されるものとする。It is assumed that the temperature characteristic of the resistance R 1 of the resistance temperature element 120 is expressed by the following equation.
【0065】[0065]
【数11】R1 =R10(1+bΔT)[Formula 11] R 1 = R 10 (1 + bΔT)
【0066】ここに、R10は常温における抵抗温度素子
120の抵抗値、bは抵抗温度素子120の抵抗値の温
度係数、ΔTは常温からの温度偏差である。Here, R 10 is the resistance value of the resistance temperature element 120 at room temperature, b is the temperature coefficient of the resistance value of the resistance temperature element 120, and ΔT is the temperature deviation from room temperature.
【0067】この式を数10の式に代入して変形する。This equation is substituted into the equation (10) to transform it.
【0068】[0068]
【数12】 V0 =PR10α(1−aΔT)(1+bΔT)/KT0 ≒PR10α〔1+(b−a)ΔT〕/KT0 ## EQU12 ## V 0 = PR 10 α (1-aΔT) (1 + bΔT) / K T0 ≈PR 10 α [1+ (b-a) ΔT] / K T0
【0069】従って、b=aなら、V0 =PR10α/K
T0となり、加速度計の出力電圧V0は温度と無関係に一
定となる。一般に、トルカ定数KT の温度係数aと絶対
値が等しく極性が同一である温度係数bを有する抵抗温
度素子120を使用することによって、トルカの温度感
度を補償することができる。Therefore, if b = a, V 0 = PR 10 α / K
T0, and the output voltage V 0 which the accelerometer is constant regardless of the temperature. In general, the temperature sensitivity of the Toruca can be compensated by using the resistance temperature element 120 having the temperature coefficient a having the same absolute value and the same polarity as the temperature coefficient a of the Toruca constant K T.
【0070】しかしながら、一般にトルカ定数KT の温
度係数aに等しい温度係数bを有する抵抗温度素子12
0を入手することは困難である。そこで、本例では図2
に示すように、抵抗温度素子120と並列に付加抵抗1
21を接続する。それによって、以下に説明するよう
に、トルカ定数KT の温度係数aと等しくない温度係数
bを有する抵抗温度素子120でも、トルカの温度感度
を補償することができる。However, in general, the resistance temperature element 12 having a temperature coefficient b equal to the temperature coefficient a of the Toruca constant K T.
It is difficult to obtain 0. Therefore, in this example, FIG.
As shown in FIG.
21 is connected. As a result, as will be described below, even the resistance temperature element 120 having the temperature coefficient a that is not equal to the temperature coefficient a of the Toruca constant K T can compensate the temperature sensitivity of the Toruca.
【0071】図2に示す演算増幅回路における加速度計
の出力電圧V0 は次のように表される。The output voltage V 0 of the accelerometer in the operational amplifier circuit shown in FIG. 2 is expressed as follows.
【0072】[0072]
【数13】V0 =i・R1 R2 /(R1 +R2 )[Formula 13] V 0 = i · R 1 R 2 / (R 1 + R 2 )
【0073】ここに、R1 は抵抗温度素子120の抵抗
値、R2 は付加抵抗121の抵抗値である。ここで、電
流iをi=i0 (1+aΔT)とおき、抵抗値R1 を数
11の式で表すと、次の式が得られる。Here, R 1 is the resistance value of the resistance temperature element 120, and R 2 is the resistance value of the additional resistor 121. Here, when the current i is set as i = i 0 (1 + aΔT) and the resistance value R 1 is represented by the equation (11), the following equation is obtained.
【0074】[0074]
【数14】V0 =i0 R2 R10(1+bΔT)(1−a
ΔT)/〔R2 +R10(1+bΔT)〕## EQU14 ## V 0 = i 0 R 2 R 10 (1 + bΔT) (1-a
ΔT) / [R 2 + R 10 (1 + bΔT)]
【0075】この式の右辺をΔTでテーラー展開すると
次のように近似することができる。尚、f=R2 /(R
2 +R10)とおく。If the right side of this equation is Taylor-expanded by ΔT, it can be approximated as follows. In addition, f = R 2 / (R
2 + R 10 ).
【0076】[0076]
【数15】 V0 =fi0 R10〔1+(−a+fb)ΔT〕V 0 = fi 0 R 10 [1 + (− a + fb) ΔT]
【0077】従って、−a+fb=0であれば、加速度
計の出力電圧V0 は温度変化に依らず一定となる。即
ち、Therefore, if -a + fb = 0, the output voltage V 0 of the accelerometer becomes constant regardless of the temperature change. That is,
【0078】[0078]
【数16】a/b=R2 /(R2 +R10)## EQU16 ## a / b = R 2 / (R 2 + R 10 )
【0079】こうして本例によれば、数16の式を満た
すように付加抵抗121の抵抗値R 2 を設定すればよ
い。即ち、任意の抵抗温度係数bを有する抵抗温度素子
120を用いても、加速度計のスケールファクタの温度
感度をゼロとすることができる。Thus, according to the present example, the equation 16 is satisfied.
So that the resistance value R of the additional resistor 121 2If you set
Yes. That is, a resistance temperature element having an arbitrary temperature coefficient of resistance b
Even with 120, the temperature of the scale factor of the accelerometer
The sensitivity can be zero.
【0080】数16の式を満たす場合、加速度計の出力
電圧V0 は次のように表される。When the expression (16) is satisfied, the output voltage V 0 of the accelerometer is expressed as follows.
【0081】[0081]
【数17】V0 =(a/b)i0 R10=i0 R2 R10/
(R2 +R10)V 0 = (a / b) i 0 R 10 = i 0 R 2 R 10 /
(R 2 + R 10 )
【0082】本例によると、抵抗温度素子120の抵抗
値R1 は数11の式によって表されるように、温度変化
によってその抵抗値R1 は直線的に変化し、斯かる抵抗
R1の温度係数bは数16の式を充たすように選択され
る。数16の式に示されるように、温度抵抗素子120
の抵抗値R1 の温度係数bの極性は、トルカ定数KTの
温度係数aの極性と同一である。[0082] According to this embodiment, as the resistance value R 1 of the resistance temperature element 120 is represented by the numerical formula 11, a resistance value R 1 by temperature change varies linearly, of such resistor R 1 The temperature coefficient b is selected so as to satisfy the equation (16). As shown in the equation (16), the temperature resistance element 120
The polarity of the temperature coefficient b of the resistance value R 1 is the same as the polarity of the temperature coefficient a of the Toruca constant K T.
【0083】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.
【0084】[0084]
【発明の効果】本発明の加速度計によると、温度抵抗素
子120を設け、斯かる温度抵抗素子120の温度係数
bをトルカ定数KT の温度係数aに等しくすることによ
って、トルカの温度感度を補償することができるから、
温度変化の影響を受けることなく、正確な加速度を検出
することができる利点を有する。According to the accelerometer of the present invention, by providing the temperature resistance element 120 and making the temperature coefficient b of the temperature resistance element 120 equal to the temperature coefficient a of the Toruca constant K T , the temperature sensitivity of the Toruca is improved. Because I can compensate
This has the advantage that accurate acceleration can be detected without being affected by temperature changes.
【0085】本発明の加速度計によると、温度抵抗素子
120の温度係数bがトルカ定数K T の温度係数aに等
しくなくとも、抵抗温度素子に対して付加抵抗を設ける
ことによってトルカの温度感度を補償することができる
から、温度変化の影響を受けなることなく、正確な加速
度を検出することができる利点を有する。According to the accelerometer of the present invention, the temperature resistance element
The temperature coefficient b of 120 is the Toluca constant K TTo the temperature coefficient a of
Provide additional resistance to resistance temperature element
To compensate for Toluca's temperature sensitivity
Accurate acceleration without being affected by temperature changes
It has the advantage that the degree can be detected.
【0086】本発明の加速度計では、抵抗温度素子と付
加抵抗とを設けることによって、機械的構成を変化させ
ることなく、温度変化に起因するスケールファクタ誤差
を除去することができる利点がある。The accelerometer of the present invention has the advantage that by providing the resistance temperature element and the additional resistance, the scale factor error due to the temperature change can be removed without changing the mechanical structure.
【0087】本発明の加速度計では、加速度計毎にスケ
ールファクタの温度感度が異なっても、抵抗温度素子の
抵抗値と付加抵抗の抵抗値を選択するだけで、簡単にス
ケールファクタ誤差を除去することができる利点があ
る。In the accelerometer of the present invention, even if the temperature sensitivity of the scale factor is different for each accelerometer, the scale factor error can be easily removed by selecting the resistance value of the resistance temperature element and the resistance value of the additional resistance. There is an advantage that can be.
【図1】本発明の加速度計の例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an example of an accelerometer of the present invention.
【図2】本発明の加速度計の演算増幅回路の例を示す断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an operational amplifier circuit of the accelerometer of the present invention.
【図3】従来の加速度計の例の内部を示す平面図であ
る。FIG. 3 is a plan view showing the inside of an example of a conventional accelerometer.
【図4】従来の加速度計の一部を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a part of a conventional accelerometer.
【図5】従来の加速度計の演算増幅回路を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a conventional operational amplifier circuit of an accelerometer.
【図6】従来の加速度計の機能ブロック図である。FIG. 6 is a functional block diagram of a conventional accelerometer.
【図7】従来の加速度計の他の例の一部を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a part of another example of a conventional accelerometer.
10 基台(フレーム) 10a 取り付け部 10b フランジ部 10c 基準面 10d 孔 10e 係合部 12 基台(フレーム) 12e 係合部 18 押さえ板 20 撓み継ぎ手 20a 撓み部 20b 固定部 20d 装着部 20e 孔 30 振り子 34A、34B トルカコイル 36A、36B 永久磁石 38A、38B ポールピース 40A 発光素子 40B 受光素子 42A、42B ストッパ 44 端子ケース 44a 開口部 50A、50B 外部端子 54 蓋 60A、60B スプール部材 60a、60c 磁束導入部 60b 磁束補償部 62A、62B ナット 110 増幅器 111 読み取り抵抗 112 接続点 120 抵抗温度素子 121 付加抵抗 10 Base (frame) 10a Attachment part 10b Flange part 10c Reference surface 10d Hole 10e Engagement part 12 Base (frame) 12e Engagement part 18 Holding plate 20 Flexible joint 20a Flexible part 20b Fixed part 20d Mounting part 20e Hole 30 Pendulum 34A, 34B Toruca coil 36A, 36B Permanent magnet 38A, 38B Pole piece 40A Light emitting element 40B Light receiving element 42A, 42B Stopper 44 Terminal case 44a Opening 50A, 50B External terminal 54 Lid 60A, 60B Spool member 60a, 60c Magnetic flux introducing part 60b Magnetic flux Compensator 62A, 62B Nut 110 Amplifier 111 Reading resistance 112 Connection point 120 Resistance temperature element 121 Additional resistance
Claims (4)
と、上記可撓継手の一端に取り付けられた振り子と、上
記基台に対する上記振り子の変位を検出する変位検出装
置と、上記変位検出装置によって検出された変位に比例
したトルクを発生させるトルカと、上記トルカに供給さ
れる電流信号を入力して電圧信号を生成する演算増幅回
路と、を有し、該演算増幅回路より出力された電圧信号
によって加速度を求めるように構成された加速度計にお
いて、 上記演算増幅回路は、上記トルカのトルカ定数aと同極
性の温度係数bを有し温度と共に抵抗値が直線的に変化
する抵抗温度素子を含むことを特徴とする加速度計。1. A base, a flexible joint mounted on the base, a pendulum attached to one end of the flexible joint, and a displacement detector for detecting displacement of the pendulum with respect to the base. A torquer that generates a torque proportional to the displacement detected by the displacement detection device, and an operational amplifier circuit that inputs a current signal supplied to the torquer to generate a voltage signal are provided. In the accelerometer configured to obtain the acceleration from the output voltage signal, the operational amplifier circuit has a temperature coefficient b having the same polarity as the Toruca constant a of the Toruca, and the resistance value linearly changes with temperature. An accelerometer including a resistance temperature element.
抵抗温度素子の温度係数bは上記トルカのトルカ定数の
温度係数aに等しく、b=aであることを特徴とする加
速度計。2. The accelerometer according to claim 1, wherein the temperature coefficient b of the resistance temperature element is equal to the temperature coefficient a of the Toruca constant of the Toruca, and b = a.
演算増幅回路は上記抵抗温度素子に並列に接続された付
加抵抗を有することを特徴とする加速度計。3. The accelerometer according to claim 1, wherein the operational amplifier circuit has an additional resistance connected in parallel with the resistance temperature element.
付加抵抗の抵抗値R2 は次の式に基づいて設定されるこ
とを特徴とする加速度計。 b=〔(R10+R2 )/R2 〕a ここに、bは上記抵抗温度素子の温度係数、R10は常温
における上記抵抗温度素子の抵抗値、aは上記トルカの
トルカ定数の温度係数である。4. The accelerometer according to claim 3, wherein the resistance value R 2 of the additional resistance is set based on the following equation. b = [(R 10 + R 2 ) / R 2 ] a where b is the temperature coefficient of the resistance temperature element, R 10 is the resistance value of the resistance temperature element at room temperature, and a is the temperature coefficient of the Toruca constant of the Toruca. Is.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP23551595A JPH0980072A (en) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | Accelerometer |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23551595A JPH0980072A (en) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | Accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0980072A true JPH0980072A (en) | 1997-03-28 |
Family
ID=16987135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23551595A Pending JPH0980072A (en) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | Accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0980072A (en) |
-
1995
- 1995-09-13 JP JP23551595A patent/JPH0980072A/en active Pending
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