JPS60135815A - マルチセンサ - Google Patents

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】 本発明は慣性誘導計器に関する。より詳細には、本発明
は運動物体の線形加速度および回転速度の両方を測定す
るためのマルチセンサに関する。

先遣Ｂ肌朋− 物体の回転２度を検出するために慣性質量を使用するい
くつかの試みがなされている。

一般的に、これら試みはその回転の感知が行なわれる第
２の物体に固定された第１の振動あるいは回転物体によ
って経験されるコリオリの加速度に基づく。このコリオ
リの加速度は以下の式によって表わされる。

Ａ＝２ω　×　ｖ； ここ、で、Ｘ＝コリオリの加速度； ；＝測定される回転座標系（第２ の物質）の角速度；そして ■＝回転軸に垂直な速度要素。

この式は、すべての振動ジャイロおよびスピニングホイ
ールジャイロの基礎、つまり、回転座標系に固定された
この座標系の回転軸に垂直な速度要素をもつ質量によっ
て経験される加速度の基本原理を記述する。振動振り子
による角速度の感知は、最初、１８５０年代の初期にレ
オン・フーコー（Ｌｅｏｎ　Ｆｏｕｃａｕｌｔ）によっ
て示された。これ以降、速度および積分レート・ジャイ
ロの設計にコリオリの加速度原理を応用する幾つかの試
みがなされている。

この原理に基づいて、速度検出ジャイロを設計する試み
の主なものには以下のものが挙げられる（全て商標名）
。スベリ−・ジャイロスコープ社（Ｓｐｅｒｒｙ　Ｇｙ
ｒｏＳｃｏｐｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の“ジャイ
ロトロン（Ｇｙｒｏｔｒｏｎ）”　（１９４０年）；ロ
イヤル・エアクラフト・エスタブリッシメント（Ｒｏｙ
ａｌ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ
）の“Ａ５ジャイロ（Ａ　５　Ｇｙｒｏ　）”　；　北
米ロックウェル社（Ｎｏｒｔｈ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｒ
ｏｃｋｖｅｌｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、　Ａｕｔｏｎ
ｅｔｉｃｓ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ、ＡｎａｈｅｉｍｔＣａ
ｌｉｆｏｒｎｉａ）の“振動ストリング・ジャイロ（Ｖ
ｉｂｒａｔｉｎｇ　Ｓｔｒｉｎｇ　Ｇｙｒｏ）”；　ゼ
ネラル−ｘレフトリック社（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａ−ｔｉｏｎ）の“パイロ（Ｖ
ｉｒｏ）”Ｊよびゼネラル・モータ１ズ社（Ｇｅｎｅｒ
ａｌ　Ｍｏｔｏｒｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。

Ｄｅｌｃｏ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）の１１ソニツク・ベル
・ジャイロ（Ｓｏｎｉｃ　Ｂｅ１ｌ　Ｇｙｒｏ）”が含
まれる。これらすべては、ジャイロトロン’　（Ｇｙｒ
ｏｔｒｏｎ）を除いて１９６０年代の初期に開発を開始
された。

一般的に、上記に挙げたシステムは、第２の物体の回転
軸に垂直な速度要素Ｖを供給するのに回転物体あるいは
ｎ拘束振動物体に依存する。このような回転あるいは振
動物体によって経験される加速力は、次にコリオリの加
速度Ａを提供できるような方法によって測定される。コ
リオリの加速度および力検出要素の速度がわかると、あ
とは単に物体の回転速度を計算するのみである。

振動物体は、機構の単純さの点において回転集合体に対
して明らかな利点を持つ。例えば加速度計のようなコリ
オリの加速度に応答する回転慣性計器を構成するために
は、ボールベアリング、スリップリング、スピンモータ
などを提供することが要求される。さらに、回転構成は
入力角速度を２個の直交感知軸に分解するために搭載す
されるケースと位相を合わせることが必要である。

今日の振動慣性センサの使用を介して回転を測定しよう
とする試みは開放ループ振動メカニカル・システムによ
って実現されるが、ここで、経験されるコリオリの加速
度による非拘束振動慣性質量の変位はコリオリの力に比
例する電気信号を生成する。このシステムは音叉として
動作するが、ここで、ブリキは周波数Ｖにて振動し、Ｗ
に比例する量だけ垂直平面に偏向される。このシステム
は回転システムより機械的には単純であるが、″振動ス
トリングバラエティの振動開放ループの力検出機構に要
求される垂直動作に起因する不正確さに弱いことが知ら
れている。

欠豆■監叉 先行技術における前述およびその他の欠点は、物体の回
転速度および線形加速度の両者を感知するための装置を
提供する本発明によって解決される。この装置は第１お
よび第２のあらかじめ選択された軸に沿う線形加速度に
応答する拘束質量センサを含む。このセンサを第１のあ
らかじめ選択された軸が第２の軸に垂直になるように配
置する装置が提供される。さらに、このセンサを振動す
るための装置が提供される。さらに、このセンサに対し
て作用されるコリオリの加速力に応答する装置が提供さ
れる。

もう１つの目的として、本発明は物体の加速度および回
転速度を感知するための方法を提供する。この方法は線
形加速度に応答する第１および第２１の拘束質量慣性セ
ンサを提供し、そして、このセンサを直交軸に沿って該
物質によって経験された線形加速度に応答するように配
置するステップを含む。センサが次にあらかじめ選択さ
れた周波数にて振動され、そしてセンサに加えられた線
形およびコリオリの加速度が測定される。

叉胤粁 本発明は以下の詳細な説明により一層明らかになろう。

説明は図面を参照して行なわれるが、図面中の番号は記
述による説明中の番号と対応し、本発明を通して同一要
素には同一の番号が与えられる。

図面の説明に入り、第１図は本発明の主要な部分の分解
斜視図であるが、これはマルチセンサの心臓部を構成す
る慣性力感知装置の好ましい相対的方位を示す。この慣
性力感知装置は、それぞれ上側および下側加速度計１０
および１２を含む。各速度計は、好ましくは、質量、例
えば、振り子質量が入力軸として知られるあらかじめ選
択された軸に沿って作用する加速力に反作用するように
方位される力平衡タイプのものである。開放ループ式の
力検出機構のものと異なり、この質量は反作用的な″力
″の作用によって束縛され、この結果、測定可能な変位
が起こされるのでなく、この質量に作用する力は、この
質量が加速力を受けるときこの質量をＯ位置に保持する
のに要求される力の関数として測定される。ビックオフ
センサは、従来の電子的機械的変換器のいずれを使用し
てもよいが、加速度計内の反作用慣性質量によって感知
された力（加速度）に比例する結果としての電気信号を
生成する。

本発明の範囲内で各種の慣性加速度感知装置を実現する
ことが可能であるが、第１図に示す装置は振り予力平衡
タイプの２個のＡ４ＭＯＤ　ＩＶ加速度計を使用する。

この加速度計は、カリフォルニア州ビバリーヒルのりト
ン　システム社（Ｌｉｔｔｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ＋　Ｉｎ
ｃ、）によって製造および販売される。上側および下側
加速度計１０および１２の各々は、対応する上側および
下側ブラケッ１〜１４および１６に固定されるが、該ブ
ラケッ１〜は（図の下側ブラケット１６は）２個の交軸
に方位するフランジ２Ｏおよび２２の間に挟まれた中央
受部材１８を含む。各ブラケットの全構造の高さは、こ
れに固定された加速度計の高さを越え、各々はこの上側
および下側加速度計の両方に延在するように取り付けら
れる。この構成は加速度計をマルチセンサのケース内に
宙ずりさせ、加速度Ｂ１とケース間の不用な機械的フィ
ードバックの起こる可能性を最小限にする。

ブラケット集合体内の要素内にはボルトのための穴２４
，２６，２８，３０．３２および３４が提供されるが、
ボルトによってブラケットが加速度計および以下の図面
にて説明される電気子／振動板に固定される。

加速度計１０および１２の従来の内部構造は示されてな
いが、入力軸３６および３８は加速力に対する感度の方
向を定義する。両方向の頭を持つ矢印４Ｏおよび４２は
加速度計の振動の共線方向を示すが、マルチセンサのケ
ースが固定されている物体の回転は、直交回転感知軸の
回りで測定される。従って、コリオリの加速度に関する
公式において、本発明に従うマルチセンサを構成するシ
ステムは既定の振動速度■を共線軸４０および４２に沿
って力検出加速度計１０および１２に加え、加速度肝軸
４４および４６の回りの直交回転ωを感知し、そして入
力軸３６および３８に沿うコリオリの加速力Ａを受ける
。これに加えて、マルチセンサ・システムは入力軸３６
および３８に沿って誘導される非コリオリの線形加速力
も検出する。この加速度は加速度計の振動の周波数の、
適当な選択および以下に説明の従来の復調技術を使用す
ることによって、速度測定のためのコリオリの力から区
別される。

第２図には上記にｍｍおよび説明の機能システムが完全
に実現されているが、これは本発明の教えおよび前述の
図に示される集合体を含むマルチセンサのケース４８の
断面図を示す。円筒状のケース４８内の計器は、基本的
に水平軸５Ｏの回りに直交対象である。つまり、軸５０
の上の計器の対応する要素は、この線の下の対応する要
素から９０度の回転角を持つ。このことは前述の図面に
も明示されている。

カバー５２および５３はマルチセンサを密閉する。第２
図に示されるごとく、上側加速度計１０を固定するブラ
ケツ１〜１４は、交軸に方位するフランジ５８および６
０に結合された中央部材５６を含む。

各加速度計−ブラケット集合体は上側および下側におい
て、概ねディスク型の振動板／電気子にボルトによって
固定されるが、該振動板／電気子はそれによって水平軸
５０の上側および下側に独立した二重の振動板懸垂を形
成する比較的薄い環状の隔膜によって分離された強化中
央部およびエツジ部を持つ。電気子／振動板６２および
６４は、上側ブラケット−加速度計集合体の専用の支持
体を提供し、これにボルトにて固定され、一方、電気子
／振動板６６および６８は主側ブラケットー加速度計集
合体に対する専用の支持体を提供する。

円筒状のスペーサ７０および７２は、電気子／振動板の
エツジを区切り、ケース４８内に１対の独立した振動ユ
ニットを構成するが、この上側振動ユニットは電気子／
振動板６２の間に挾まれ、また円筒状のスペーサ７０に
よって囲まれた上側加速度計１０−ブラケット集合体を
構成し、そして、下側振動ユニットは電気子／振動板６
６と６８の間に挟まれ、また円筒状のスペーサ７２によ
って囲まれた下側加速度計１２−ブラケット集合体を構
成する。

電磁石７４が内側方向に延在する放射状フランジ７６お
よびこれによって形成されるカップ７８によってケース
４８の中央に位置される。フランジ７６上に搭載された
従来の加速度復元増幅器８０は加速度計内で生成された
ピックオフ信号を受信し、そして、これに応答して、振
り子質量に作用する加速度計内のフォーサに制御信号を
提供する。これに必要な導線は第２図に示されていない
。しかし、電気的な接続が上側および下側導線８２およ
び４８によってマルチセンサの外側に提供される。上側
および下側導線８２および８４はハンダ付けされた接点
パッド８６および８８を介して、それぞれ上側および下
側加速度計１０および１２の検出装置と電気的な接続を
持つ。各導線は６個の個別の導線を含む。１対の導線は
ピックオフ・センサの発光ダイオード部の励起と関係し
、もう１対はピックオフの光ダイオード部の出力と関連
し、そして第３の対は加速度計フォーサ機構に電流を提
供する。

電磁石７４は電磁界を起動および不能にし、振動板６４
および６６を交互に引き付けおよび開放することによっ
て、前述したごとく区切られた上側および下側二重隔膜
振動ユニットを駆動する。振動板の駆動の結果として、
関連する加速度計を含む振動ユニットは垂直平面内で振
動される。さらに、振動板６４および６６の間の電磁石
７４の位置によって、２個の振動ユニット、および関連
する加速度計は、１８０度だけ位相ずれして振動される
。

位相ずれして振動することによって、各々が同一の共振
周波数を持つこの２個のユニットは、等しく方向が反対
の振動力を発生し、これによって、ケース４８に結合さ
れる振動エネルギーが最小限に押さえられ、これによっ
て、搭載感度が回避される。

各加速度計の出力は、速度情報および（各加速度計の入
力軸に沿った）線形加速度情報の両方を含む信号である
。この２個のタイプの情報の個々の復調は、回転速度信
号と加速度信号の周波数が異なるため比較的簡単である
。出力の速度情報は、加速度計振動のあらかじめ選択さ
れた選択の周波数によって変調され、一方、対象となる
線形加速度は一定であるか、あるいは比較的低い予測可
能な周波数内である。二重振動板懸垂の振動の周波数は
、加速度計の出力からの復調速度信号のる波を可能とす
るため、システム帯域幅より高い値が選択される。角速
度情報は加速度計出力を変調周波数の中央の帯域フィル
タ増幅器に容置性に結合することによって得られる。

帯域フィルタの出力は、復調器の入力に加えられるが、
復調器に対する基準信号は振動ユニットの速度と同一の
位相に選択される。復調器の出力は次にろ波され、これ
によって、加えられた角速度の方向に対応する極性を持
つ加えられた角速度に振幅が比例するＤＣ電圧が提供さ
れる。

つまり、本発明は、慣性力計器技術に２個の直交平面内
の回転および２個の直交方向の加速度を測定できる新た
な改良された装置を提供する。本発明は、マルチセンサ
を導入することによって、回転振動装置より単純で、し
かもこれまでの振動装置に固有の欠点を回避できる振動
装置を提供する。

本発明は、好ましい１例の実施態様に基づいて説明され
たが、この範囲はこれにとどまるものでない。むしろ、
本発明は前掲の特許請求の範囲によって定義される項目
を包括するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による加速度計の相対的な配置を示す
分解斜視図であり、そして第２図は、本発明によるマル
チセンサの側断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．８）第１のあらかじめ選択された軸に沿う線形加速
   度に応答する拘束質量センサ； ｂ）第２のあらかじめ選択された軸に 沿う線形加速度に応答する拘束質量センサ： Ｃ）該拘束質量センサを該第１のあら かじめ選択された軸が、該第２のあらかじめ選択された
   軸と垂直となるように配置するための手段； ｄ）該センサを振動させるための手段；および ｅ）　該センサ上に加えられたコリオリの加速力に応答
   する手段 を含むことを特徴とする物体の線形加速度および回転速
   度に応答するマルチセンサ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のマルチセンサにおい
   て、 ａ）線形加速度に応答する該センサが 第１の加速度計および第２の加速度計を含み；そして ｂ）前記軸を配置する手段が１対の二 重振動板懸垂 を含むことを特徴とするマルチセンサ。 ３、特許請求の範囲第２項に記載のマルチセンサにおい
   て、該センサを振動させる手段が、センサが位相ずれし
   て振動されるように配置されることを特徴とするマルチ
   センサ。 ４、特許請求の範囲第３項に記載のマルチセンサにおい
   て、該センサを振動させる手段が、該対の二重振動板懸
   垂の中間に搭載された電磁石を含むことを特徴とするマ
   ルチセンサ。 ５、特許請求の範囲第４項に記載のマルチセンサにおい
   て、該２重振動板懸垂の振動周波数がシステム帯域幅と
   比較して、これより高いことを特徴とするマルチセンサ
   。 ６、特許請求の範囲第５項に記載のマルチセンサにおい
   て、該第１８よび第２の加速度計がＡ４ＭＯＤ　ＩＶで
   あることを特徴とするマルチセンサ。 ７、物体の回転速度および線形加速度を感知する方法に
   おいて、該方法が： ａ）線形加速力に応答する第１および 第２の拘束質量慣性センサを提供するステップ； ｂ）該第１のおよび第２のセンサを該 物体に対して該直交軸に沿って該物体に加えられた線形
   加速力に応答するように配置するステップ； Ｃ）該第１および第２のセンサをあら かじめ選択された廟波数で振動させるステップ；および ｄ）該拘束質量慣性センサの各々に加 えられた線形およびコリオリの加速力を測定するステ、
   ツブ から成ることを特徴とする方法。 ８、特許請求の範囲第７項に記載の方法において、該セ
   ンサを振動するステップがさらに該第１および第２のセ
   ンサを位相をずらして振動させるステップから成ること
   を特徴とする方法。