JPS59136659A

JPS59136659A - 加速度規定方法

Info

Publication number: JPS59136659A
Application number: JP59000113A
Authority: JP
Inventors: レツクス・ビ−・ピ−タ−ス; ア−ノルド・マラメツツ; ジエフリ−・フオレスト・トン; チヤ−ルズ・ケイ・リ−; アレクサンダ−・エム・ゴジツク; ビクタ−・ビ−・コリ−
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1983-01-06
Filing date: 1984-01-05
Publication date: 1984-08-06
Also published as: US4467651A; HK92387A; GB2133153A; IL70492A0; FR2539232B1; BE898619A; FR2539232A1; NO834820L; SE8307226D0; CA1202194A; NL8400060A; AU556076B2; GB2133153B; AU543116B2; SE8307226L; GB8400044D0; AU2286983A; DE3400259A1; ZA839503B; DE3400259C2

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】この発明は、ビーム共振フォース・トランスジューサに
よって夫々に制約される二重プルーフ・マスを有する加
速度計を用いて加速度を規定する方法に関するものであ
る。

関連出願この出願と一緒に出願され、この出願の譲受人と同じ譲
受人に対して譲渡された，　ＭａｌａｍｅｔＺ他ニヨる
ＳＩＩＩ　　　　　号（　Ｄｏｃｋｅｔ　Ｂ　Ｏ’　／
乙２７）の出願には、こ＼に示される加速度計の新規な
溝造上の特徴が開示されている。

発明の背景二重プルーフ・マスを有する加速度計が提案されている
。プルーフ・マスの各々はビーム共振フォース・トラン
スジユーザによる動きに対抗して制約されている。ヵロ
速度は、ａ　＝　Ａ　（　ｆ，−ｆ２）なる関係式によ
って規定される。こ＼に、ａは力１速度、Ａは指令のス
ク゛−ル・ファクタ、そして、ｆｌおよびｆ２は一個の
フォース・トランスジューサの周波数である。

λ個ノフルーフ・マス−フォース・トランスジューサ装
置のためのスケール・ファクタは、良好な直線性を達成
させ、振動調整エラーを最小限にするだめに、厳密に合
致されねばならない。このことは、典型的には、プルー
フ・マスをトリミングすることによって行われる。即ち
、一個のプルーフ・マス−フォース・トランスジューサ
装置のためのスケール・ファクタを合致させるためにプ
ルーフ・マスの一方または他方からマスを物理的に除去
することによってなされる。このことは、プルーフ・マ
スの一方マタハ他方について、くシ返し、連続したトリ
ミングをすることとテストをすることとを心安とし、時
間のか＼るものである。

発明の要約この発明によれば、一個のビーム共振フォース・トラン
スジューサの周波数から加速度を規定するだめの改良さ
れた方法が提供される。この方法によれば、一個のプル
ーフ・マス−フォース・トランスジューサ装置のスケー
ル・ファクタを合致させることは必要とされない。

この発明のひとつの特徴は、加速度が次の関係式によっ
て規定されることにある。

ａ−Ａ１　ｆ＋　　Ａ２　ｆ２＋ＡＯこ＼に、ＡＩ，Ａ２およびＡｏは較正係数である。

この発明の別異の特徴は、加速度が次の関係式によって
規定されることにある。

ａ　＝Ａｌ　ｆ　ｔ　　Ａ２　ｆ２”　＋ＡＯこの発明
の更に別異の特徴は、所望の操作条件、例えば、加速度
の線形的な近似のための温度および加速度の所定の範囲
にわたるテストから、較正係数が規定されることにある
。

この発明の更に別異の特徴および利点は、以下の説明お
よび添付図面から容易に明らかにされる。

第１図および第２図には、加速度計の好適な実施例が開
示されている。これには、相互に対向する夫々の屈曲部
に搭載され、同一軸に沿った加速度を感知する４個のプ
ルーフ・マス３０。

３／が設けられておシ、また、ビーム共振フォース・ト
ランスジューサ３２．３３が、一方のトランスジューサ
が伸長されているときには他方は圧縮されているように
結合されている。加速度は、２個のビーム・フォース・
トランスジューサの共振周波数の間の差の関数として計
測さレル。一個のプルーフ・マス−トランスジューサの
組立ては同様のものであり、その一方のみが第２図に示
されておシ、以下に詳述される。

円筒状の支持体３Ｓは、据付は表面ＪＡ，３７に反対に
向けられている。各々のプルーフ・マスのための基部に
は搭載要素が含まれており、これは該据付は表面の一方
において受入れられている。支持体３Ｓには、円筒状の
スペーサ３９上に据付けられている外方突出リブ３ｇが
設けられて、ハウジングｑｏ内に一個のプルーフ・マス
の組立体を支持するようにされている。

カパーグ／には電子的区分＋、２が設けられている。

第２図に分解された形式で例示されている第１図の上部
加速度計には、搭載リンググ６を含む基部ｐｓが設けら
れている。プルーフ・マス３０は、屈曲部ＩＩ７によっ
て該基部に結合されている。搭載リングダ６は、支持体
３５の据付は表面３乙上で受入れられている。

プルーフ・マス３０は、一般的には長方形の外形のもの
であシ、搭載リンググ乙と同じ厚みを有している。長円
形の開口部ｑどは、プルーフ・マスの中心に位置決めさ
れている。

ビーム共振フォース・トランスジューサ３コには、開口
部ｙｇの壁部に固定された一端５０と、基部ｑ５から伸
長している片持ちビームＳ３の端部表面５．２に結合さ
れた他端Ｓｌとが設けられておジ、所望の搭載を与える
ようにされている。

プレート５６およびＳ７は、夫々に、搭載リング９７の
上部表面および下部表面に固定されており、ファスナ５
ｇによって所定の位置に保持されている。はさみ板５？
は、プレートｓ　６゜ｓ　７ト、プルーフ・マス３θの
上部表面および下部表面からのグレー）、ｔ６．Ｓ７の
表面をへたでる搭！　リングＩ／−６の表面との間に介
挿されている。該間隔は第１図においては誇張して表わ
されている。プレート５５ｓｑｕ組合わされたダンピン
グ表面として作用し、前述された一緒になされた出願に
おいて詳述されているようにプルーフ・マス３りのため
の停止手段として動作する。

回路板６．２はプレート５乙の上部表面上に搭載されて
おシ、共振ビーム・フォース・トランスジューサ３コと
関連された電子部品が支持されている。カバー６３は、
回路板上の部品を囲繞している。

第一図において最も艮く認識されるように）プルーフ・
マス３０における開口部ｐｇの壁部には、屈曲部ダ７に
最も近い表面内に段部６Ｓが設けられている。トランス
ジューサ３コの端部ｊ０は、片持ちビームＳ３からはな
れた表面ｔ、ｔニ結合されている。該表面６６は、プル
ーフ・マス３０の衝撃中心を含むように選択されている
。衝撃中心は、プルーフ・マスが屈曲部ダクによって与
えられる枢支軸をきしませることなく適正に衝撃される
ような、プルーフ・マス内の点である。この幾何学的な
関係で、加速度計の振動に対するプルーフ・マスの感度
が最小にされる。

第一図に例示されているプルーフ・マスの構成により、
多くの利点が達成される。双方のプルーフ・マス−フォ
ース・トランスジューサ装置について共通な態様の効果
を生じさせるエラー源は減少される。例えば、双方のト
ランスジューサが同じ温度係数を有しているときには、
組合せの温度に対する感度は和尚に減少される。

別異の例は、トランスジューサ出力の周波数が計測され
ることに対するタイム・ベースのドリフトである。加速
度計のノ（イアスは、単一のプルーフ・マス・センサに
おけるタイム・ベースの変化に対して極めて鋭敏である
。プルーフ・マス−トランスジューサの組立体がはソ合
致されているときには、ＡＯはフル・スケールよりも小
さくされ、タイム・ベースのドリフトは本来的に共通し
た態様の信号でオシ、／クイアス感度は著しく減少され
る。

互いに反対の屈曲部を有する一個のプルーフ・マス３０
．．３／の位置は、交差軸の加速度に対する一個のプル
ーフ・マスの感度を相殺させる。

加速度計がトランスジューサの周波数を計測するための
周期より短かい周期をもつ発振入力にしたがっていると
きに、振動調整エラーが生起される。トランスジューサ
の非綜形の応答は・加速度計の出力における結果的なシ
フトをもってこのような発振入力の調整をするようにさ
れる。一方が伸長され、他方が圧縮されているように搭
載された二重プルーフ・マスの組立体をもって、振動調
整エラーは相殺するようにされる。

第３図ＫＵ、コ重グルーフ・マス加速度センサクＳと、
フォース・トランスジューサの周波数、および、温度の
ような別異の適当な入力から機器がしたがうべき加速度
を規定するためのプログラム式マイクロプロセッサを含
んでいる電子部および信号処理ユニット７乙にそれが関
連されているものが概略的に示されている。

ｔンサ７５には１．２ｆｉプルーフ・マス−ビーム共振
フォース・トランスジューサ機構装置７ｇと各フォース
・トランスジューサの共振周波数を表わす周波数ｆ１．
　ｆ２を発生させるセンサ電子部７９とが含まれてお９
、かくして、ブルーフ・マスに対する加速の結果として
フ牙−ス・トランスジューサに作用されるフォースが追
従される。温度センナｇｏは機構装置７ｇの温度を計測
し、温度の関数である周波数を有する信号ｆｔを生じさ
せる。

信号処理ユニット７６には、周波数パルス・カウンタｇ
ノ１マイクロ２０セッサ１２およびＰＲＯＭＡ’Ｊが含
まれている。マスク・クロックｇｔｔは、マイクロプロ
セッサおよヒ周波敬パルス・カウンタに対してタイミン
グ入力を供給する。指示された本数のバス・ラインを有
するテーク／アドレス・ライン、アドレス・ラインおよ
びコントロール・ライフル、周波数パルス・カウンタｇ
　／　ｓマイクロプロセッサｇ２およびＰＲＯＭｇ、３
を相互結合させている。

フォース・トランスジューサの周波数信号ｆ１゜ｆ２お
よび温度信号ｆｔは周波数パルス・カウンタｇ／と結合
されている。この周波数パルス・カウンタｇ／はマイク
ロプロセッサｇコにおいて用いるための各周波数を表わ
すディジタル信号を発生させる。算出された力Ｖ速度は
、マイクロフロセッサｆｆ、２の出力部において、ｇ５
におけるにビットの並列形式またはｇ乙における直列形
式として選択的に与えられる。

この発明によると、荷重ファクタまたは荷重係数は各ブ
ルーフ・マスのフォース・トランスジューサの周波数の
ために達成される。例えば、加速度は次のようにして規
定される。

ａ　＝　Ａ、　ｆ、−Ａ２ｆ２＋Ａ。

こＸＡＫ　、　Ａ、はおるフォース・トランスジューサ
のための荷重ファクタまたは荷重係数、Ａ２は別異のト
ランスジューサのための荷重ファクタまたは荷重係数、
そして、Ａｏはバイアス修正条件である。

しかしながら、好ましくは、加速度は以下の関係式にし
たがってフォース・トランスジューサの周波数の二乗の
関数として規定される。

ｒｔ＝Ａ１ｆ、’−Ａ２ｆ２２＋ＡＯ周波数の二乗を用いた関係式では、あるフォース・トラ
ンスジューサの別異のものに関する感度の変化において
、よυ良い直線性と、より低い感度とが与えられる。特
に、例えば周波数の関数の如きλ個のトランスジューサ
の相対的なスケールの小さい変化による振動調整エラー
は、典型的には、周波数の二乗が用いられるときには振
巾の程度はより小さいものとなる。

較正係数Ａ１．Ａ２およびＡｏは、温度について加速度
計の選択された操作条件のためにモデル化されている。

特に、該係数は、入力のフル・レンジにわたってアルゴ
リズムで入力加速度の最良の近似を与えられるように規
定されることが好ましいものである。係数の組は、加速
度針の操作レンジ内のいくつかの個別的な温度Ｔ、１に
おける機器の較正から規定される。係数は次のようなマ
トリクスとして表わすことができる。

（Ａｌｊ）；ｊ−／、コ、３．・・・；１−７，２．０
各係数Ａ１は、次いで、温度に関して最小二乗法適合多
項式関数（１ｅａｓｔ　−５ｑｕａｒｅｓ　−ｆｉｔ　
−ｐＯｌｙｎＯｍｉａｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　）をもっ
てモデル化される。

Ａ１−　Σ　Ｂ１に−Ｔ”　；　ｉ　＝　／　、コ９０
に＝。

較正係数の別異の組は、直線性以外の特性に基づいて用
いられる。例えば、該係数は、温度に関する加速度の導
関数−を最小にするようＴに選択される。

入力のフル・レンジにわたる実際の加速度の最良の近似
に基づく加速度のモデルは、振動調整からのエラーを最
小にし、また、好ましいものである。

モデル化は、好ましくは、機器の操作温度レンジ全体の
温度のために、−７ｇから０ｖを通って＋／ゾに至るレ
ンジ内の加速度の計測をすることによって行われる。典
型的には、入力の加速度は地球の重力であり、また、加
速度計は箋垂直方向に関して、２１Ｉ個の相異なる高度
において連続的にその感度軸と共に位置決めされている
。この手順は、操作レンジの全体にわたって種々の温度
においてくり直される。

較正係数は先に示されたようにして規定され、そして、
この情報はＰＢＯＭｇ３に蓄積されて、必要に応じてマ
イクロプロセッサによって呼出すようにされる。ｈ↑測
がなされるユ度の数および温度多項式の条件敬は、カロ
速度言１測の正確さを規定するときのファクタである。

マイクロプロセッサにコのコントロールの下に、ディジ
クル周波数ｆ１．ｆ２および温度は、周波数パルス・カ
ウンタｇ／の出力部において周波的にザンプルされる。

較正体ｕ　Ａ１１　Ａ２およびＡｏがＰＲＯ１３から取
出されて、力ｌｌＩ速度計算がなされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を実施するときに用いられる２重プ
ルーフ・７７加速度計の好適形式のものの縦断面図、第
二図は、第７図の加速反計における１個のプルーフ・マ
スおよびフォース・トランスジューサ装置の分解透視図
、そして、ｇ　Ｊ図は、−個のフォース・トランスジュ
ーサの周波数信号からカロ速度を規定するための信号プ
ロセッサのブロック図である。３θ、３１．・・・プルーフ・マス、（１２，Ｊ、３．
・・・　フォース・トランスジューサ、７５．・・・加
ａｖセンサ、７６、・・・イ〕号処理ユニット、ｇ八・
・・周波数パルス・カウンタ、ど；、・・・マイクロ７
０セツザ８：３．・・・Ｐ　ＲＣＩ　Ｍ％ｇ　＜ｔ、・
・・マスク・クロック。ＦＩＧ、　１第１頁の続き（ｌ　　明　者　ジエフリー・フオレスト・トンアメリ
カ合衆国ワシントン州タコマ・サウス・ガーフィールド２０１０発　明　者　チャールズ・ケイ・リーアメリカ合衆国
ワシントン州シアトル・フィン・ティーンス・アベニュー・エヌ・イー１３３１０ ■発　明　者　アレクサンダー・エム・ゴシックアメリカ合衆国ワシントン州シアトル・エヌ・イー・ワンハンドレッドフォース・ストリート１７０発　明　者　ビクター・ビー・コリーアメリカ合衆国
ワシントン州ベールビュー・ニス・イー・レイク・ロード１０８４９

Claims

【特許請求の範囲】／、／対ノヒーム共振フォース・トランスジューサと共
に、同一のカロ速度に対して感知する２重プルーフ・マ
スを有する加速度計において、その一つはカロ速によシ
ブルーフ・マス内で誘導されたフォースを感知するため
に各プルーフ・マスと結合され、該トランスジューサは
加速の変化とともに反対に変化する共振周波数ｆ１およ
びｆ２を有しておυ、以下の関係式にしたがってトラン
スジューサの周波数から加速度を規定するだめの改良さ
れた方法、ａ　＝　Ａｌｆ、−Ａ２ｆ２−１−Ａ。こ＼に、Ａ１．Ａ２およびＡｏは較正係数。ユ　／対のビーム共振フォース・トランスジューサと共
に、同一の加速度に対して感知する二重プルーフ・マス
を有する加速度計において、その一つは加速によシブル
ーフ・マス内で誘導され逅フォースを感知するために各
プルーフ・マスと結合され、該トランスジューサは加速
の変化とともに反対に変化する共振周波数ｆ１．ｆ２を
有しておシ、以下の関係式にしたがってトランスジュー
サの周波数から加速度を規定するだめの改良された方法
、ａ　＝　Ａ、　ｆ、’　−Ａ、　ｆ２’　＋Ａ。こ＼に、Ａ、、Ａ２およびＡ、は較正係数。３　該較正係数は、入力のフル・レンジにわたり、また
、加速度計の操作温度レンジにわたって加速度の最良の
近似のために規定される、特許請求の範囲第２項の方法
。ク　加速度計は個別的な温度Ｔｊにおいて較正さされ、
較正係数は以下の係数マトリクスで表現されている、特
許請求の範囲第３項の方法、（Ａ１，１）ｙｊ＝／、コ
、３・・・；ｉ＝／、ユ、０゜！　各係数Ａ１は、以下
で表現されるように、温度に関して最小コ乗法適合多項
式関数をもってモデル化されている、特許請求の範囲ｆ
、ａ項の方法、Ａ１−　Σ　Ｂｉｋ−Ｔｋ；ｉ＝／　、　、２　、　ｏ
。ｋ＝。乙　該較正係数は、Ｔが温度であるときに、−−Ｔなる温度に関する加速度の導関数の最小値のために規定
される、特許請求の範囲第コ項の方法。