JPS59126261A - はり共振器力変換器を有する加速度計 - Google Patents

はり共振器力変換器を有する加速度計

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JPS59126261A
JPS59126261A JP58241107A JP24110783A JPS59126261A JP S59126261 A JPS59126261 A JP S59126261A JP 58241107 A JP58241107 A JP 58241107A JP 24110783 A JP24110783 A JP 24110783A JP S59126261 A JPS59126261 A JP S59126261A
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accelerometer
proof mass
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force transducer
transducer
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JP58241107A
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レツクス・ビ−・ピ−タ−ス
ジエフリ−・フオレスト・トン
ア−ノルド・マラメツツ
リチヤ−ド・ア−サ−・ヒリカ−
ビクタ−・ビ・コリ−
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術の分野 本発明は、ヒンジされた保証質量をはり共振器力変換器
によって拘束された加速度計に関するものである。
発明の背景 保証質量の運動を拘束するために、はり共振器力変換器
を使用している加速度計は、サーボ式加速度計に比べて
、簡単であり、低価格であり、本来ディジタル出力であ
るという利点を有している。このはり変換器は、典型的
には、全くもろい水晶から作られている。そし竺」囲を
超過する入力から保護する手段が設けられなければなら
ない。機械的な止めを使用することは公知である。しか
しながら、保証質量の運動は、０．００２３ｍｍ　（０
，０００１０インチ）以下でなければならない。このよ
うな小さな寸法を、ある温度範囲に渡って維持する止め
を有している加速度計を製作することは困難である。
発明の概要一 本発明の一つの特長は、変換器に損傷を与えること無し
に保証質量が、より大きな運動を有することを許すはり
変換器に対するしなやかな取付けを°有する加速度計を
提供することである。
このようにして、機械的な止めを設置するのに必要とさ
れる精度は減少される。
〜他の特徴は、保証質量が基台にヒンジされ、はり変換
器が保証質量に中間点（こおいて連結されるが、機械的
な止めは、保証質量の端部と接触されるように位置決め
される。保証質量の端部における運動は、はり変換器へ
加えられる運動よりもより大きい。このためにも、機械
的な止めを設置するのに要求される精度は減少される。
更に他の特徴は、しなやかな取付けと組合わされて保証
質量を減衰させる押し付は用の粘性ガスを備えるこさで
ある。この組合わせは、復帰力に対する減衰力の比を増
加させ、保証質量の機械的な共振に対する応答を、加速
度計の感度に悪影響を与えることなしに増加させる。
本発明のなお更に他の特徴は、はり変夷器が保証質量に
保証質量の打撃中心において連結されることである。こ
の幾何学的関係は、加速度計の振動に対する敏感性を最
少にさせる。
実施例の説明 本発明の他の特徴は、以下の実施例を示す添附図面に基
づく本発明の説明から明らかになるものと信じられる。
ここに説明される基台、保証質量及び加速度計のしなや
かな取付けは、例えば、電気化学的腐食によって天然水
晶又は合成水晶の一体のブロックから製作されることが
できる。はり共振器力変換器は、好適には、米国特許第
タユ／んｓｑ。
分明証書中に詳細に示されている二重端部の同調フォー
ク構造物から成立つことが望ましい。
力変換器は、それが受ける軸方向の力の関数である共振
振動数を有している。
まず、第１図を参照する。加速度計１０が、ヒンジ又は
たわみ部分／３によって保証質量／２を連結されている
基台／／を有しているものとして示されている。この保
証質量／、２は、二重矢印シダによって示されている敏
感軸に沿う加速度の分力に応答する。はり共振器力変換
器／Ａが、一端部／Ａａを保証質量−７２に連結される
代共に他端部／Ａｂを基台／／から延びている片持ちは
り／ざの自由端部／りに連結されており、力センサに対
して、しなやかな取付けを与えている。カリ速度計１０
が保証質量／コを、その安定した静止位置から変位させ
る時は、はり７ｇはたわむ。若しも、はり変換器／６の
端部／乙すが剛体の取付は部材に固着されているならば
可能であるよりも、より大きな保証質量／ａの運動が、
変換器／Ａの力の限度を超過すること無しに、生ずるこ
とができる。それ故止め／９，２０は、より大きな距離
を離して置かれることができ、また、製作において必要
とされる精度も減少される。
はり変換器／乙は、保証質量／コに、その中心点におい
て連結されている。止め／９，２．０は、基台／／の上
に、保証質量／２の、たわみ部分／３から遠い端部／、
２ａによって接触されるように置かれている。この関係
は、更に、止め／９．ａｏの間の許容間隔を増加させ、
また、製作のために必要とされる精密な寸法の要求を減
少させる。
第１図に示されている片持ちぼり７ｇは、本出願におい
て開示されている加速度計に対するしなやかな取付けの
推奨形態である。他の構造的輪郭が使用されることもで
きる。例えば、しなやかな取付けは、両端部においてク
ランプされ、又は、支持されたはりであっても良く、又
は、力変換器／乙をはりに中心近くにおいて連結しても
良く、あるいは、しなやかさを与えるために、圧縮、引
張り又はねじりの応力状態とされた部材であっても良い
。
保証質量１２及び力変換器／乙は、ばね質量系を形成し
ており、この系は、固有共振振動数を有している。その
上、この系は、強力に減衰の下にある。若しも、加速度
計が、固有共振振動数の近くの入力によって励起される
ならば、加速度計の出力に鋭いピークがある。この不均
一な共振は望ましくない。更に、共振又はその近くにお
いては、保証質量／Ｑは止め／９，２θの表面を打撃し
、これによって、何らの有用な出力も達成されないよう
にするかも知れない。
第２図は、フィルム状の粘性ガスの上における押しつぶ
し作用を介して減衰を与える構造物を示すものである。
第二図には、第１図と共通の要素には、同じ参照数字が
付けられているが、次ぎに、第２図を詳細に説明する。
／対の減衰表面２３．！４が基台／／の上に設けられて
いる。これらの減衰表面２．３　、２’ｌは、保証質量
／コの上面及び下面と平行で且つ極めて接近している。
保証質量７．２の運動は、狭いすきま：ｌ！；、２Ａの
内部のガスの押しつぶしを生じさせる。減衰量は、減衰
表面、２３　、　ｕ４’の面積及び間隔によって変化し
、才た、ガスの圧力及び粘度によって変化する。
第３図は、加速度計の他の変形を示すものである。この
場合にも、第１及び２図と共通である要素は同じ参照数
字を付けられているが、それらについての詳細な説明は
、繰返さない。第３図においては、減衰表面２３°、２
グ１は、第Ω図におけるように減衰を与えるためと、加
速度入力が範囲を超過する場合における止めとして作用
をするためとの両方のために設けられている。
第Ω及び３図の加速度計の減衰作用と、力変換器／乙に
対するしなやかな取付けとの組合わせは、復帰力に対す
る減衰力の比が、若しも、変換器が剛体の取付は部材に
固着された場合に比べて、より大きな加速度計を提供す
るものである。このしなやかな共振器の取付けは、保証
質量と力変換器とから成る系の有効ばね常数を減少させ
る。
第グ及び５図は、同じ軸に沿う加速度に対して敏感な一
個の保証質量３０，３／を有し、それぞれのたわみ部分
を相互に反対に且つはり共振器力変換器３．２　、３３
を、一つの変換器が引張りにある時に、他の変換器が圧
縮にあるように連結されている加速−変針の推奨実施例
を示すものである。加速度は、−個のはり力変換器の共
振振動数の間の差の関数として測定されるものである。
変換器の振動数からの加速度の反れに関する詳細は、本
出願人の別出願の中に記載されている。２個の保証質量
と変換器とから成る組立体は、同一であり、一方だけが
ｌｌｓ図に分解斜視図によって示されており、後に、こ
れについて詳細に説明する。
なお、第グ図に示すように、円筒形の担体３左は、反対
に向けられた着座面、、？Ａ、３７を有している。各保
証質量に対する基台は取付は要素を含んでいるが、この
取付は要素は、着座面の一つの中に受入れられている。
担体３Ｓは、円筒形のスペーサ７９の上に載っている外
方に延びているリブ３ｇを有して、おり、また、ハウジ
ンググ／の内部に一個の保証質量組立体を支持している
。カバー４ｔノは電子室’１２を有している。
第Ｓ図に分解図によって示されている第９図の上方の加
速度計は、取付はリンググ６を含んでいる基台ｌＩＳを
有している。保証質量３０′は基台ｑＳに、たわみ部分
＜Ｚ’７によって連結されている。取付はリンググ６は
、担体３５の着座面３Ａの上に受入れられる。
保証質量３０は、輪郭がほぼ長方形であり、取付はリン
ググ６と同じ厚さを有している。だ円形の開口ａｇが保
証質量３０の中の中心にあけられている。
はり共振器力変換器３２、は、一端部ＳＯを開口ｌ１ｇ
の壁に固着され、他端部左／を基台り３から延びている
片持ちばりＳ３の端部表面、ｔＪに連結され、しなゆ力
；な取付まを与えている。
板３Ａ及び５７が、取付はリングクロの上表面及び下表
面に、それぞれ、固着されており、また、締付は部材ｓ
ｇによって所定位置に保持される。シム３９が板！；Ａ
、３７と、取付はリングクロとの間に介装されており、
板左乙、左７の表面を保証質量３０の上表面及び下表面
から間隔があくようにしている。この間隔は、第９図に
おいては、誇張されて描かれている。板左乙。
Ｓ７は、組合わされた減衰表面及び保証質量３０に対す
る止めとして役立つが、これは第３図に略図で示すとお
りである。
回路盤６２が板ぶるの上表面の上に取付けられており、
また、共振はり力変換器３．２と協同される電子要素を
支格している。、カバー６３が、回路盤６２の上の要素
を包囲している。
第り図に最糺良く示されるように、保証質量３θの中の
開口ａｇの壁は、たわみ部分ダ７に最も近い表面の中に
段６Ｓを有している。変換器３コの端部左Ｏは、片持ち
ばり３３から離れている表面乙６に連結されている。こ
の表面６乙は、保証質量３０の打撃中心を含むように選
侭される。打撃中心は、保証質量３０の中の、保証質量
３θがたわみ部分ｌ１７によって与えられるピボット軸
をきしませること無しに、直角に打撃されることができ
る点である。この幾何学的関係は、加速度計の振動一対
する保証質量の敏感性を最少にさせる。
第１図に示されたノ個の保証質量を有する構造によって
多数の利点が得られる。まず、−一に、両方の保証質量
と力変換器とから成る系に共通のモ７ド効果を生じさせ
る誤差源が減少されることである。例えば、若しも、両
方の変換器が同様な温度係数を有しているならば、組合
わせ体の温度感度は著しく減少される。
他の利点の例は、変換器出力が測定される時間基準にお
ける偏差である。加速度計のバイアスは、只１個の保証
質量センサにおける時間基準の変化に非常に敏感である
。若しも、保証質量と変換器との組立体がほぼ調和され
るならば、時間基準の偏差は、主として共通モード信号
であり、パイ、アス感度は大いに減少される。
２個の保証質量３０，３／のそれらのたわみ部分を相互
に反対とする位置決めは、−個の保証質量の交差軸加速
度に対する感度の打消しを生じさせる。
振動修正誤差が、加速度計が、変換器の振動数を測定す
るための周期よりも、より短い周期を有する振動入力を
受ける時に生ずる。変換器の非線形の応答は、加速度計
出力における合計の変位を有してこのような振動入力の
修正を生じさせる。一方が引張り状態にあり、他方が圧
縮状態にあるように取付けられた変換器を有している二
重保証質量組立体によって、振動修正誤差は打消される
傾向となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の／実施例を示す略図、第２図は、他
の実施例を示す略図、第３図は、なお他の実施例を示す
略図、第９図は、本発明による加速度計の縦断面図、第
５図は、第９図の加速度計の一方の保証質量及び力変換
器から成る系の分解斜視図である。 １０＠一加速度計；　／ｌ・・基台；　　／ｌ、３ｏ。 ３／　・・保証質量；　／３．ダ７・・たわみ部分；／
Ａ、３：ｌ、３３・・はり共振器力変換器；　７ｇ。 ５３　・９片持ちばり；ψ／９’、２０−φ止め；２３
゜２グ　・Φ減衰表面；　３３・・担体：’３ｂ、３７
・・着座面；　ｌＩ６・・取付はリング。 ＦＩＧ、　４ アメリカ合衆国ワシントン州カ ーネーション・エヌ・イー・フ ォーティーンス・ストリート３５ ０４ ０発　明　者　リチャード・アーサー・ヒリカアメリカ
合衆国ワシントン州シ アトル・エヌ・イー・ワンハン ドレツドフイフテイセカンド１２ ３ ０発　明　者　ビクター・ビ・コリー アメリカ合衆国ワシントン州ベ ルビューリエス・イー・レイク ・ロード１０８４９ −，１２０−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ／　基台と、加速度に応答するように基台に固着された
    保証質量と、一端部を保証質量に連結されると共に他端
    部を基台に連結されたはり力変換器とを有しており、力
    変換器の出力が保証質量によって検出される加速度の尺
    度である加速度計において すなおな取付けが、力変換器の他端部と基台との間に介
    装され、力変換器を過剰な力（こ服させること無しに保
    証質量の運動の範囲を拡張するようにしたことを特徴と
    する加速度計。 λ　しなやかな取付けが、前記基台から延びている片持
    ちぼりであり、その自由端部に力変換器の他端部が連結
    されている特許請求の範囲第１項記載の加速度計。 ３　基台と、加速度に応答するように基台に固着された
    保証質量と、一端部を保証質量に連結されると共に他端
    部を基台に連結されたはり共振器力変換器とを有してお
    り、力変換器の出力が保証質量によって検出される加速
    度の尺度である加速度計において、力変換器の前記一端
    部が、保証質量にその打撃中心において連結されている
    ことを特徴さする加速度計。 ク　、２個の反対方向Ｏこ向けられた着座面を有してい
    る担体と それぞれが、取付は要素を有している基台と、保証質量
    と、保証質量を基台に加速度に応答するように旋回運動
    するように取付けているヒンジと、一端部を保証質量に
    連結されると共に他端部を基台に連結されているはり共
    振器力変換器とを有している／対の加速度計と から成立っており、加速度計のそれぞれの取付は要素は
    、担体の着座面の一方の上に受入れると共に加速度針の
    感度軸が瞥列され且つ保証質量のヒンジ軸が相互に平行
    であると共に反対となっていることを特徴とする加速度
    計。 ふ　保証質量の減衰及び止め板が、各加速度計の取付は
    リングに固着されている特許請求の範囲第グ項記載の加
    速度計。
JP58241107A 1983-01-06 1983-12-22 はり共振器力変換器を有する加速度計 Pending JPS59126261A (ja)

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US06/456,254 US4517841A (en) 1983-01-06 1983-01-06 Accelerometer with beam resonator force transducer
US456254 1983-01-06

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JP (1) JPS59126261A (ja)
AU (2) AU545042B2 (ja)
BE (1) BE898618A (ja)
CA (1) CA1215243A (ja)
CH (1) CH660797A5 (ja)
DE (1) DE3345885A1 (ja)
FR (1) FR2539231B1 (ja)
GB (1) GB2133152B (ja)
HK (1) HK92287A (ja)
IL (1) IL70491A (ja)
IT (1) IT8447508A0 (ja)
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