JPS61178667A - 振動式加速度計 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、移動体の加速度を検出する手段に関し、２軸
方向について測定することのできる振動式加速度計に関
する。

（従来の技術） 移動体の加速度を検出するものとしては、従来、次のよ
うなものが知られている。

（１）　　サーボ形 第３図に示すように、弾性体ｄにより支持された質ＩＭ
を有するフォースコイルａを、磁石すとコアＣからなる
磁気回路の途中に配置し、加速度αによって生じる力Ｍ
αと、フォースコイルによって生じる力を平衡させ、フ
ォースコイルに流れる電流から加速度αを求めるもの。

（２）　ビーム形 第４図に示すように、ベースｅに固定した薄肉部ｉを有
する支柱ｆの先端に所定の質量を有する重りｇを固定し
、支柱ｆに歪みゲージｈ、ｈ−を貼付して、加速度によ
る支柱ｆの撓みによって生じる抵抗変化により加速度を
求めるもの。

（３）振動形 第５図に示すように、振動分離体重を介して振動弦”　
ｌ　、育２を対向するように張設し、振動分離体重が受
ける力の方向によって変化する振動弦の振動周波数ｒ、
、ｔ２の変化から加速度を求めるもの。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来例において、第３図に示すサーボ形は精密形と
して広く用いられているが、構造が複雑で、電流信号か
ら高い分解能の出力信号を（ｑようとすると、信号処理
が難しいという欠点がある。

また、第４図に示すビーム形は支柱ｆに重り９を固定し
、歪みゲージを貼付しただけなので構造は簡単であるが
、ゲージ率が低く出力信号も小さいため信号処理が難し
いという欠点がある。

そして、第５図に示ず撮動形は信号が周波数で出力され
、ゲージ率が大きく信号処理もやり易いが、振動弦の張
力の調整や撮動分離体Ｉの取付けが難しいという欠点が
ある。

これら従来例による加速度の測定方向はいずれも一方向
のみなので、ＸＹまたはＸＹＺ方向の加速度を測定する
場合においては２または３個の加速度計が必要となる。

（問題点を解決づるための手段） 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、構成が簡
単で、かつ、ゲージ率が高（、精度のよい２軸加速度計
を提供することを目的とするもので、その構成上の特徴
は、一端がベースに固定された支柱と、この支柱の自由
端側に固定された所定の質量を有する重りと、前記支柱
に平行に、かつ、対向して設けられ、前記ベースと前記
型りに両端を固定された一対の振動梁と、これらの振動
梁を振動させる励振手段と、前記振動梁の固有振動数を
検出する振動検出手段と、前記振動検出手段で検出した
各振動梁の固有振動数を加算および減算する演算手段と
を具備したものである。

（作用） 振動梁を励振しておき、重りに２方向の加速度を加える
と支柱と振動梁に同時に歪みが発生し、振動梁の固有振
動数が変化する。また重りにＸ方向の加速度を加えると
、一方の振動梁には引張り歪みが、もう一方の振動梁に
は圧縮歪みが発生し、振動梁の固有振動数が差動的に変
化する。この振動周波数の変化を振動検出手段により検
出し、演算手段により加算および減算することにより、
加えられた２方向の加速度を分離して検出する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示ずもので、全体構成を示
す斜視図である。図において、１は大小の径を有する断
面凸状のベースであり、小径部の中央には板状の支柱２
がベース１に垂直に固定され、この支柱２の自由端側に
は円筒状の重り３が固定されている。ベースの小径部お
よび重り３には支柱２に対向して矩形状の切り込み４．
４′″。

５．５′が設けられ、この切り込みに板状の振動梁６．
６′が支柱２とは非接触の状態で、支柱２を挾むように
平行に、かつ、対向して両端を固定されている。振動梁
６．６′にはその中央部付近に長孔７．７′（７−は図
示せず）が設けられ、複合音叉振動子を構成している。

この長孔７，７の近傍に振動梁の励振用と検出用の圧電
素子（図示せず）が貼付され、検出用素子で検出した電
圧信号を増幅後、励振用素子に正帰還することにより振
動梁の固有振動数での自励振が行なわれる。８はカバー
で、重り２．振動梁６，６′を覆ってベース１の大径部
に気密に固着され、真空またはヘリウムガス等が封入さ
れており、振動梁のＱを高く保ち外部気圧の影響や汚れ
から保護するためのものである。９．９′は振動梁６．
６′に貼付された圧電素子を励振し振動梁６，６′の固
有振動数を検出するための端子で、各端子の一端はベー
ス１を貫通してカバー８の外部に露出している。

上記構成において、振動梁６，６′に貼付した圧電素子
に端子９．９′を介して励振用増幅器に接続し、振動梁
を固有の振動数で励振しておき、Ｚ方向に加速度α、を
加えると、支柱２は重り３からＭα１の力を受けて伸縮
し、支柱２に平行に固定された振動梁は圧縮または引張
りの力を受ける。その結果、振動梁６．６′の固有振動
数はその加速度に応じて変化する。次にＸ方向の加速度
α２が加わると支柱２は重り３によりＭ（２２の力を受
けて撓み、この支柱に平行に固定された一対の振動梁６
，６′の一方は圧縮、他方は引張りの力を受ける。その
結果、振動梁６，６′の固有振動数はモの加速度の大き
さに応じて差動的に変化する。

第２図は加速度により変化した振動梁の周波数信号をｘ
ｉする電気回路の一例を示すブロック図である。図にお
いて、６．６−は第１図における振動梁を示し１０．１
０−は振動＠６．６′を自励振させるための発振用回路
である。１１は加算器、１２は減算器であり、加速度に
応じて変化したそれぞれの振動梁の周波数ｆ、、ｆ、は
これらの加算器１１および減算器１２に入力される。そ
して加算器１１で加算されたｆ、＋ｆ、の出力がＺ方向
の、減算器１２で減算されたｒ、−ｒ、の出力がＸ方向
の加速度に関連した出力となる。

歪みに対するｆｌおよびｆ２の変化はほぼ直線的である
が、厳密に言えば若干非線形である。そこで、高精度な
加速度測定の場合はｒｌおよび「２を測定して、それら
の演算によりｘ、Ｚ方向の加速度を分離して求めればよ
い。この出力は周波数出力であるため、高ビットのデジ
タル信号への変換が簡単で、例えばマイクロプロセッサ
等で演算するための信号処理が容易であり、抵抗歪みゲ
ージ等に比較してセンサとしてのゲージ率が高いので精
度がよい。また、支柱２に重り３を固定してこの支柱２
に対向して振動梁６．６′を設けただけなので、構造も
簡単である。

なお、本実施例においては、支柱および振動梁の形状を
板状のものとし、振動梁に長孔を設けたものを示したが
、本例に限ることなく支柱は円柱とし振！ｌｉｂ＼梁は
ワイヤであってもよい。

また、支柱２．振動梁６．６′は同一の材質で、かつ、
熱弾性係数の小さなものが温度変化による誤差を受けに
く（、例えば商品名Ｎｉ−８ｐａｎ−Ｃ等が望ましい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単でケ
ージ率が高く、２軸を同時に測定することのできる加速
麿計を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成を示す斜視図、第２図は電気
回路の一例を示すブロック図、第３図〜第５図は従来例
を示す説明図である。 １・・・ベース、２・・・支社、３・・・重り、６．６
−・・・振動梁、１０．１０′・・・励振手段、１１・
・・加算器、１２・・・減ｎ器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端がベースに固定された支柱と、この支柱の自由端側
   に固定された所定の質量を有する重りと、前記支柱に平
   行に、かつ、対向して設けられ、前記ベースと前記重り
   に両端を固定された一対の振動梁と、これらの振動梁を
   振動させる励振手段と、前記振動梁の固有振動数を検出
   する振動検出手段と、前記振動検出手段で検出した各振
   動梁の固有振動数を加算および減算する演算手段とを具
   備したことを特徴とする振動式加速度計。