JPS6126625B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は全体として加速度感応装置に関し、更
に詳しくは永久磁石−可動コイル再平衡装置と、
温度変化による加速度計の応答変化を最小にする
独特の温度補償手段を備えた加速度計に関する。

加速度感応装置は各種の装置に用いられて、そ
の中で本質的な感知機能を果している。装置の動
作に対する条件および利用技術が一段と進むにつ
れて、センサに対する次の如き要求が高まつてき
た。すなわち、より改良された感度、安定性、精
確さ、応答の直線性、信頼性ならびに堅牢性、即
応性そして更に低価格と言つた諸要求である。ま
た、広い温度範囲にわたつて、精度を維持すると
言う要求は、安定性、感度および応答の直線性に
関しては絶対的な要求であることは疑う余地がな
い。現状の技術では、上述の要求を一挙に解決す
る改善はとても困難であり、たとえ、一つの要求
を満す改善が出来たとしても、それは他への不利
益な影響を伴わずにはいない。それにも拘らず、
知られる分野のすべてにわたつて優れた動作をす
る汎用加速度センサに対する要求は厳然として存
在しており、特に航空機、ミサイル誘導システム
の分野では尚更の要求である。

非集積型の加速度計が備えねばならない作用の
一つに、加速度によつて変位された質量を所定の
休止位置に戻す作用がある。永久磁石−可動コイ
ル再平衡装置は動作・価格の両面に対して可成り
な見通しを与えてきた。しかしながら、この装置
は可動コイルを取り巻く領域の磁束密度が変化し
たとき、入力加速度または目盛係数の変化に起因
する応答の大きさを変化させると云う特徴があ
る。磁束密度が変化する原因の一つは、磁性材料
の透磁率が温度依存性をもつことである。最も安
定だと称される磁性材料は比較的小さい温度依存
性を有しているが、最も望ましい加速度計が要求
するものに適合した材料はまだ得られていない。

温度変化に対する加速度計動作を改善する一つ
のよく知られた方法は、ヒーターとか、その他の
温度制御装置によつて、加速度計に安定した温度
環境を作つてやることである。しかしながら、満
足な温度制御装置は一般に、複雑でコストも高
く、また応答時間も遅くなり勝ちである。それ
故、温度制御を必要とするような加速度計は、航
空機用、ミサイル誘導用として要求されるものに
は不適当であり、更に低コストと言うすべての応
用分野からの要求を満すものではない。本出願人
は上述のような諸問題を解決するために、永久磁
石−可動コイル加速度計再平衡装置において、発
生する磁場を強める独特の装置を発明した。この
装置における補償装置は構造が簡単で信頼性も高
く、かつコストも低い利点を有し、永久磁石−可
動コイル型加速度計が持つ速い応答時間を何ら損
うものではない。本発明の温度補償装置を用いた
加速度計は、これまでの低コストで簡単な加速度
計では達し得なかつた動作と信頼性を実現するこ
とができた。

本発明による加速度計は、可動にけん垂された
質量の少なくとも一部を形成するコイル手段を含
むように磁場を発生する永久磁石手段と、その磁
石手段に関して、予め定められた位置に質量を保
持するようにコイル手段に電流供給をおこなうサ
ーボ機構と、上述の予め定められた位置に対する
質量の変位を示す信号を供給する検出手段を含ん
で構成されている。温度補償は、前述の永久磁石
手段の温度を示す温度信号を発生する温度感知手
段と、永久磁石手段と連動して磁場を強める補助
コイルと、温度信号に応じて補助コイルに温度補
償電流を供給する増巾手段とによつて行なわれ
る。

永久磁石手段は、入力軸に沿つて一線配列され
た永久磁石と、この永久磁石と協働して、内向き
および外向きに発生する放射磁場をそれぞれ含む
第１，第２環状ギヤツプを形成する透磁性スリー
ブからなつている。質量は永久磁石とスリーブ間
で同心にけん垂された管状ボビンからなつてい
て、このボビンは反対方向に巻回され、かつ直列
に接続され、更に第１，第２環状ギヤツプのそれ
ぞれの中央部に位置して形成した第１，第２コイ
ルを備えている。温度感知手段および補助コイル
は永久磁石上に巻回されたコイルである。

したがつて、本発明の主目的はすぐれた動作特
性を備えた加速度計を提供することである。

更に、本発明の目的は改良された応答の直線性
と、一定目盛係数とによつて特徴づけられた加速
度計を提供することである。

更に、本発明の目的は永久磁石−可動コイル再
平衡装置を備えた加速度計のすぐれた動作特性を
損うことのない独特の温度補償装置を提供するこ
とである。

更に、本発明の目的は温度変化の影響を最小限
にするために磁場の強さを増大するようにした永
久磁石型加速度計を提供することである。

更に、本発明の目的は、永久磁石−可動コイル
型平衡装置を採用した温度補償型加速度計を提供
することである。

以下、添付図面を参照して本発明を詳述する。

第１図において、参照番号１０は永久磁石−可
動コイル再平衡装置を採用した線形加速度計の全
体を示す。この加速度計１０は永久磁石手段を含
み、この永久磁石手段は入力軸１２に一線配置さ
れ、かつその両端に取付けたポールピース１３，
１４を備え、更に透磁性材料を用いた同心環状ス
リーブ１５によつて包囲された円筒永久磁石１１
からなつている。スリーブ１５は永久磁石１１お
よびポールビーズ１３，１４と共に入力軸１２に
沿つて延在している。更に、このスリーブ１５は
永久磁石・ポールピースと協働して一対の分離し
た環状領域１６，１７を形成し、この領域は反対
方向の向きをもつ磁場を含んでいる。

スリーブ１５はまた、端部ギヤツプ１８，１９
を含むハウジングの中央部分を構成し、このハウ
ジング内には入力軸１２と一致する円対称軸を持
つ管状質量またはボビン２０がけん垂される。ボ
ビン２０は直列に接続され、かつ反対方向に巻回
された一対のコイル２１，２２を有し、このコイ
ルは磁場の環状領域と同じだけ離間した平行平面
上に集中している。

ボビン２０は一対の円板形のねじれヒンジけん
垂装置アセンブリ２３，２４によつて入力軸１２
に沿つて運動可能にけん垂されている。上述のけ
ん垂装置アセンブリの各々は、入力軸１２に直角
をなす平行な複数軸に沿つて配置された、ねじれ
部材によつて接続される３個の同心リングから構
成されている。けん垂装置アセンブリ２３，２４
は本出願人の米国特許願第835274号に詳細に開示
されているので、このけん垂装置および参照番号
１０で示す加速度計の構造・動作をさらに理解す
る場合にはそれらを参照されたい。

加速度計１０はボビン２０が、加速度計ハウジ
ングに関して予め定めた位置に対して起した変位
を示す信号を発生する位置検出手段を含んでい
る。第１図に示す検出手段はその全体を参照番号
２５，２６によつて示す一対の可変容量からなつ
ている。各容量は、けん垂装置アセンブリ２３，
２４の一つの外側リングと、それに隣る加速度計
に固定された容量板とからなつている。例えば、
一対の容量２６は、けん垂装置アセブリン２４の
外側リング２７と、静止絶縁支持円板３０，３１
上の固定板２８，２９からなつている。

各容量は位置信号を発生する４活性要素ブリツ
ジ（すなわち、可変容量のような可変特性をそれ
ぞれ持つ要素の４つを含むブリツジ）に組み、こ
の回路による位置信号は電子回路パツケージ３２
のサーボ増巾器に供給する。次にこのサーボ増巾
器は再平衡電流をコイル２１，２２に供給し、加
速度計ハウジングに関して予め定められた位置に
ボビン２０を保持する。こゝに簡略に述べた再平
衡装置の動作・構造は、本出願人による米国特許
願第835273号（これは特開昭54−91283号に対応
する）に詳細に開示されている。

これまでに論じたように、また前述の米国特許
においても論じたように、加速度計の目盛係数お
よび感度の不変性は可動コイルに対する磁場環境
の不変性に依存している。上記の米国特許願に開
示した再平衡装置は、そのような不変な磁場を形
成するにあたつて、先行技術を大巾に越える改良
を完成した。しかし、磁性材料に固有の透磁率が
温度依存性を持つているため、最も望ましい加速
度計動作を得るためには、もう一段の温度補正が
必要となつてくる。

第１図に示すように、本発明の温度補償装置
は、ポールピース１３，１４間で永久磁石１１上
に非誘導に巻回した温度感知コイル３からなつて
いる。コイル３３は温度に逆比例する抵抗を持
ち、銅線を用いて形成する。第２図に示すよう
に、コイル３３は差動増巾器３４に信号を供給す
る抵抗ブリツジ回路の一部を形成している。この
ブリツジ回路と増巾器３４は、適当な動作電圧お
よびバイアス電圧を電源Vs、抵抗３５，３６お
よび３７の回路から得ている。

増巾器３４は適当な大きさと方向を持つた電流
を補助コイル３８に供給する。このコイル３８は
コイル３３に近接して位置しながらも、薄い環状
分離要素によつてコイル３３から離間され、磁石
１１上に巻回形成する。コイル３８内の電流は起
磁力を発生する。この起磁力はコイル内の電流の
方向にしたがつて、永久磁石手段によつて生ずる
磁束を助けるか、またはそれに抗するように働
く。上述の分離要素は非磁性体材料例えばベリリ
ユム銅で形成する。またこの要素は、コイル３
３，３８間の静電シールドとして作用する。補助
コイル３８はその有効性を変えないで、磁気回路
のいろいろな位置に配置することが出来ることを
指摘しておく。例えば、空間が充分に与えられて
いる場合には、スリーブ１５の内側に補助コイル
を巻回してもよい。

増巾器３４およびそれに連動するある種の回路
は第１図の電子回路パツケージ３９内に納める。
温度感知コイル３３は、導体４０、端部キヤツプ
１９における継電素子４１およびジヤンパ４２を
介してパツケージ３９の端子に接続する。同様に
して補助コイル３８はパツケージ３９の端子に、
導体４３、継電素子４４、ジヤンパ４５を介して
接続する。

カバー４６，４７はパツケージ３１，３９およ
び端部キヤツプ１８，１９を覆うように形成す
る。このカバーは磁気シールドを構成するために
透磁性材料によつて形成し、ハーメテイツク・シ
ールによつてスリーブ１５に接続する。ある種の
信号、例えば温度感知コイル３３にかゝる電圧は
導体４８および継電素子４９によつてカバー外へ
取り出す。

第２図に示すように、補助コイル３８および温
度感知コイル３３は増巾器３４の囲りに負帰還回
路を形成するように接続する。帰還抵抗５０はコ
イル３３，３８の接続点と接地５１との間に接続
する。抵抗５０の抵抗値は温度変化対コイル３８
内の電流変化の比が、温度変化対磁石手段によつ
て発生する磁場変化の比に合うように選ぶ。本発
明の実施例ではこれらのパラメータは実質上線形
変化すること、および温度補償回路は可動コイル
に対して不変な磁場を供給出来ることがわかつ
た。したがつて、本発明の構成によれば加速度計
１０の目盛係数および感度を一定にすることが出
来る。

以上、本発明による温度補償を採用した永久磁
石−可動コイル型加速度計の一実施例について本
発明を説明したが、本発明がこの実施例に限定さ
れるものでないことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による温度補償装置を採用した
永久磁石−可動コイル型加速度計の実施例の一部
断面を示す図、第２図は本発明の加速度計用温度
補償装置の電気結線図である。 １０……加速度計、１１……永久磁石、１２…
…入力軸、１３，１４……ポールピース、１５…
…スリーブ、２０……ボビン、２１，２２……コ
イル、２５，２６……容量、３３……温度感知コ
イル、３８……補助コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 運動可能にけん垂された質量の少なくとも一
   部を形成するコイルがその中に位置するように磁
   場を発生する永久磁石手段と、この永久磁石手段
   に対してあらかじめ定めた位置に前記質量を保持
   するようコイルに電流を供給するサーボ機構と、
   前記あらかじめ定めた位置に対する前記質量の変
   位を示す信号を供給する検出手段とを含む加速度
   計において、温度変化に伴う磁石手段の透磁率変
   化によつて応答が非線形になることを最小限にす
   るための温度補償手段が、 前記永久磁石手段の温度を示す温度信号を発生
   する温度感知手段と、 前記永久磁石手段と共働し、永久磁石手段が発
   生する磁場を強めるように働く補助コイルと、温
   度信号に応じて温度補償電流を発生する増巾手段
   と、 温度によつて導入される磁場の強度変化が最小
   となるように前記補助コイルに温度補償電流を供
   給する手段とからなることを特徴とする加速度
   計。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の加速度計にお
   いて、前記温度感知手段は前記永久磁石手段上の
   温度感知コイルからなり、この温度感知コイルが
   温度変化に伴う磁石の透磁率の変化に実質的に比
   例して変化する抵抗を有することを特徴とする加
   速度計。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の加速度計にお
   いて、前記温度感知手段は前記永久磁石手段上の
   温度感知コイルからなり、この温度感知コイルが
   温度変化に伴う磁石の透磁率の変化に実質的に比
   例して変化する抵抗を有しており；前記増巾手段
   は、反転ならびに非反転の入力端子および出力端
   子を有する差動増巾器と、この差動増巾器の出力
   端子と反転入力端子間の負帰還回路において前記
   補助コイルと温度感知コイルを直列に接続する手
   段と、前記差動増巾器の反転および非反転の入力
   端子にバイアス電圧を供給するバイアス手段とか
   らなつていることを特徴とする加速度計。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の加速度計にお
   いて、前記永久磁石手段は、入力軸に沿つて一線
   配列された永久磁石と、この永久磁石と同心に形
   成され、入力軸に沿つて永久磁石と共に延在する
   透磁性スリーブとからなり、前記永久磁石とスリ
   ーブは協働して外向きおよび内向きの放射状磁場
   を含む第１および第２の環状ギヤツプを決定し、
   前記質量は、入力軸に沿つて運動可能に前記永久
   磁石とスリーブ間に同心にけん垂された管状ボビ
   ンからなり、この管状ボビンは反対方向に巻回さ
   れ、かつ直列に接続され、前記第１および第２の
   環状ギヤツプそれぞれの中央に位置した第１およ
   び第２コイルを備え、前記補助コイルは入力軸に
   同心の前記永久磁石上に巻回されたコイルである
   ことを特徴とする加速度計。