JPS5946340B2 - 加速度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振子式加速度計の振子の変位を発光ダイオード
とフォトダイオードとで検出し、その出力を増巾し進相
してフィードバックしトルクリバランスとダンピングと
を並行して行なう機能を備えた加速度計に関するもので
ある。

従来、振子式加速度計において振子の振動を抑制する方
法すなわちダンピングにはオイルダンピング、エアダン
ピング又は磁石の間を振子に取付けたアルミ板が通過し
たときアルミ板に発生する渦電流の反力によるものなど
が使われている。

オイルダンピングではオイルの洩れの防止と温度変化に
よるオイルの体積変化の補償とのため構造が複雑となり
、エアダンピングでは極めて狭い隙間に空気を通過させ
て行なうので、その部分の工作に高い精度を要し、渦電
流によるダンピングでは構造が大きくなり小型化が困難
である。また振子の変位の検出方法には差動トランスに
よる方法、キャパシタンスの変化による方法があるが何
れも励磁するための交流発振器とデモジユレータ、フィ
ルタ等複雑な電気回路が必要である。従つてこれらを使
つた加速度計は高価となり、前述の点と共に各種の欠点
があつた。本発明の目的はこれらの欠点を除き振子の変
位の検出方法とダンピングの方法とに改良を加え、構造
及び電気回路を簡単にし安価でしかも比較的高精度の加
速度計を提供することにある。

すなわち、本発明に係る加速度計はトルクリバランス型
の振子式加速度計において加速度を受けたときの振子の
変位を発光ダイオードと差動接続した複数のフォトダイ
オードとで検出し、その出力を増巾し進相させて前記振
子に取付けたコイルにフィードバックし、前記コイルと
対応する磁石との間に、加速度により前記振子の受ける
力に平衡する力と前記振子の振動を抑制する力とを発生
する機能を具備することを特徴とするものである。以下
本発明に係る一実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図において円柱状のコア３を挟んで磁石１、２が対
向しており、磁石１、２は一方がＮ極、他方がＳ極とな
つている。コア３は強磁性材料で作られておりＮＳ極間
の磁界の減衰を防止し、磁極１、２との間の空間に強い
磁界が存在するようにしている。磁石１、２及びコア３
は適当に外箱（図示せず）に固定してある。コイル４は
コア３の中心軸と磁石１、２のＮＳ軸とを通る平面上に
あつてコア３と一定の間隔を保つて短形状をなしており
、被覆電線を複数回捲いたものである。コイル４はコア
３の軸線の延長上において一端をコイル４に他端を外箱
に取付けた細いトーシヨンバ一５，５′によつて外箱に
支持されている。またコイル４にトーシヨンバ一５を取
り付けた部分から磁石１，２のＮＳ軸に直角に一方向に
延びてコイル４に取付けた支柱６がありその先端にスリ
ツト８を有するスリツト板７がある。細いトーシヨンバ
一５，５′で支えられたコイル４は支柱６とスリツト板
７とが振子となつて極めて感度が良くトーシヨンバ一５
，５′の廻りに或る角度範囲を回転することができる。
コイル４は適当な捲数が捲いてあつて上述した振子が加
速度によつて零点から変位したときコイル４に流れる電
流と磁石１，２の磁界との間に力を発生して振子を零点
に引き戻すようにしてある。スリツト８を挟んでコア３
の中心軸と平行な線上に発光ダイオード９と複数のフオ
トダイオード１０，１１とが対向するように外箱に取付
けてある。フオトダイオード１０，１１は磁石１，２の
ＮＳ軸と平行に隣接していてスリツト８を通過する発光
ダイオード９の光がフオトダイオード１０，１１に等分
に入射するようになつている。加速度を受けるとスリツ
ト８がトーシヨンバ一５，５′を中尼そして変位しフオ
トダイオード１０，１１の入射光量に差を生じるように
なつている。発光ダイオード９及びフオトダイオード１
０，１１は第２図に示す電気回路のように接続してある
。発光ダイオード９は光量を調節するための抵抗１２と
直列に直流電源に接続してある。フオトダイオード１０
，１１は差動接続してあつて、その出力はオペアンプ１
３及び抵抗１４，１５からなる増巾回路によつて増巾さ
れる。オペアンプ１３の出力は加速度の加わる方向によ
つて正の電圧又は負の電圧になる。この出力を更に抵抗
１６，１７及びコンデンサ１８からなる位相進み回路、
オペアンプ１９及び抵抗２０，２１からなる増巾回路を
経由してコイル４にフィードバツクし、読取抵抗２２を
経由してグランドに接続してある。従つてコイル４には
電流が流れ加速度を受けて変位したスリツト８を零点に
戻す力を発生し加速度によつて振子に加わる力と平衡す
る。その時コイル４に流れている電流は加わつた加速度
に比例するので読取抵抗２２の両端に設けた端子２３に
発生する電圧も加速度に比例する。従つて端子２３の出
力によつて加速度を検出できる。なお上述のように振子
を零点に戻す力と加速度によつて振子に加わる力とが平
衡に入る場合には、その平衡点を振子が常に行き過ぎる
ために振動を発生する。この振動を抑制しダンピングし
てやれば平衡点に静止する。この振動を抑制するための
出力をコイル４に加えてやるために位相進み回路が設け
てある。第３図によつて詳細に説明しよう。抵抗１６，
１７及びコンデンサ１８からなる位相進み回路は解り易
くすれば第３図ａに示す抵抗１６，１７からなる回路と
第３図ｂに示す抵抗１７とコンデンサ１８からなる回路
を組合せたものである。今Ｘをスリツト８の変位とし、
フオトダイオード１０，１１にそれに等しい差動信号が
発生したとする。増巾回路１３，１４，１５の増巾率ｋ
１、抵抗１６，１７からなる回路の減衰率 、コンデ
ンサ１８ｋゝと抵抗１７からなる回路の減ｄ率を１、増
巾回ｋ ゝ路１９，２０，２１の増巾率Ｋ２、及びコイ
ル４による力の発生常数Ｋ３とすれば、第３図ａは入力
Ｋ，Ｘに対し出力１ｘ、第３図は入力ＫｌＸに対し出カ
ビ１ｘとなる。

２この組合せ出力（Ｋｌｘ＋ＰユＸ）ＫＩ２ｋ２が乗≦
られてコイル４に入劣＋る。

従つてコイル４により発生する力は（Ｋｌｋ３Ｘ＋ｋ１
礪Ｋ３ｘ）となる。振子に働く力をＦとすれ５．．．ば
Ｆ＝Ｍｘ＋Ｒｘ＋Ｋｘで表わされるが、Ｋｘはフイード
バツク電流による力とトーシヨンバ一５，５′の捩れに
よる力Ｋ４Ｘとの和である。

従つてＦ＝・・ ・ Ｋｌｋ２ｋ３ｍ
Ｘ＋ＲＸ＋Ｋｌｋ３Ｘ＋ Ｋｘ＋Ｋ４ｘすなわちＦ＝ｍ
；＋（ｒ＋Ｋｌｋ２ｋ３ず妥＋Ｋｘとなり振子のｋ振動
を抑制する減衰ムである交の項を大きくすることができ
る。

ただしこの構造では摩擦力は殆Ａ７どないのでｒは殆ん
ど零である。以上のように位相進み回路によつてコイル
４に振子のダンピングを行うための電流を流すことがで
きる。なおこの加速度計に使用する直流電源は加速度計
の精度の上から安定化電源例えば電池を用いることが望
ましい。なお振子の変位の検出を差動トランスによる場
合又はキヤパシタンスの変化による場合には励磁用の交
流発振回路のほかに検出した出力を増巾回路で増巾し、
デモジユレータ回路で整流した後位相進み回路を経由し
て振子に取りつけたコイルにフイードバツクする。従つ
て実施例のように電気回路を簡単にすることはできない
が振子の動作の上では異なるところがない。以上の説明
から明らかなようにコイルにフイードバツクする電流回
路に位相進み回路を設けることによつて振子の振動を抑
制するダンピング効果を併せて持たせることができ従来
のダンピング方法のような複雑な構造成は大型の構造が
不要となり簡単で小型の構造にすることができる。

また振子の変位の検出を発光ダイオード及びフオトダイ
オードを用いて行なうことにより電気回路を極めて簡単
にすることができる。従つてこれらの効果と共に安価に
できる等多くの利点がある。なお上述は構造及び電気回
路の一例を示したがこれらの設計変更によるものをも含
むことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の構造の要部を示す説明
図、第２図はこの実施例に使用する電気回路図、第３図
は第２図に示す位相進み回路を理解し易く分解した説明
図である。 １，２・・・・・・磁石、３・・・・・・コア、４・・
・・・・コイル（振子）、５，５ξ・・・・・トーシヨ
ンバ一（振子）、６・・・・・・支柱（振子）、７・・
・・・・スリツト板（振子）、９・・・・・・発光ダイ
オード、１０，１１・・・・・・フオトダイオード、１
３，１４，１５・・・・・・増巾回路、１６，１７，１
８・・・・・・位相進み回路、１９，２０，２１・・・
・・・増巾回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トルクリバランス型の振子式加速度計の振子の変位
   を検出し増巾して振子に取りつけたコイルにフィードバ
   ックする回路において、位相進み回路を付加することに
   より、加速度により振子の受ける力に平衡する力のほか
   に振子の振動を抑制する力を前記コイルと対応する磁石
   との間に発生させる機能を具備したことを特徴とする加
   速度計。 ２ 振子の変位の検出を、直流を供給した発光ダイオー
   ドと差動接続した複数のフォトダイオードとを用いて行
   なうようにした特許請求の範囲第１項記載の加速度計。