JPS63501737A - 速度変化出力を有する振動ビ−ム加速度計 - 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】 “速度変化出力を有する振動ビーム加速度計”技術分野 この発明は振動ビーム加速度計、特に速度変化を直接決定するプッシュプル振動 ビーム加速度計に関するものである。

ｌ丸見ｉｌ 振動ビーム加速度計において、試験済み質量はたわみヒンジによって支持体から 懸垂され、振動ビームカドランスジューサは試験済み質量と支持体間の加速度計 の感応軸に沿って接続されている。感応軸に沿っての加速度の結果、振動ビーム への圧縮または張力が生じ、ビーム振動周波数変化が生じる。ビーム振動周波数 は加速度を決定するように測定され、使用される。

プッシュプル振動ビーム加速度計は、典型的には、所定の加速度の結果、圧縮力 が一方の振動ビームに生じ：張力が他方の振動ビームに生じるような共通のハウ ジングに取り付けられた前述のような２つの振動ビームセンサを備えている。各 センサは検出された加速度に対応する周波数を有する出力信号を発生し、加速度 は２つの出力信号の周波数の差の関数として本質的に計算される。このプッシュ プルのアプローチは典型的に。

共通モードエラーの除去のため単一のセンサ計器より正確である。

従来の振動ビーム加速度計は慣性航行およびミサイル誘導応用の多くの種類に必 要である確度を証明しているが、またある制限により特徴づけられる。一つの制 限は、振動ビーム加速度計センサが本来非線形装置であり、加速度が速度変更を 決定するように積分される前、センサ出力がいくつかの方法で線形化されなけれ ばならない事実から生じる。他の制限は、振動ビ−ム加速度計と共に使用される 出力回路は電力が使用７能ではない時間間隔の間に生じる速度変化を測定するこ とが亡きない。

このような加速度計は、従って短期間の停電を通じて作動することはできない。

２つの先行技術が第１の制限を取り扱うために存在するが、これらは複雑で高価 である。停電が生じる時間間隔の間、速度変化を測定するため以前に使用可能で あるいかなる技術もなかった。

電気的および機械的技術の両方が、振動ビーム加速度計の非線形性を取り扱うた めに以前使用可能であった。電気的アプローチは共通りロックに対してセンサ出 力信号のサイクルを計数することによって周波数を測定し９周波数を決定するた めクロック計数で出力周波数計数を分割し１次にサンプリングし。

加速度を得るためにその結果を数値で表すように処理することから成る。加速度 は１次に速度変化を決定するため数値で表すように積分される。この処理は複雑 で、サンプリングは確度を達成するため高速で行われる。非線形性問題に対する 機械的アプローチは２重センサ加速度計に特有であり、２つのセンサの零加速度 振動周波数および目盛係数を機械的に整定し、整合することから成る。それで、 単純な周波数差は加速度の十分線形の程度である。しかしながら、２つのセンサ を２．３／１０”に整合するように要求される機械的調整は難しく１時間がかか り。

これらは環境からセンサを密閉して隔離する前になされなければならないので、 自滅的になる傾向がある。従って２機械的整定および調整は決して十分安定化す ることができない。

発明の要約− この発明は、高確度レベルを達成するためセンサの高サンプリング速度または機 械的整合のいずれかを必要としない２重センサ周波数出力の加速度計を提供する 。

一つの見方をすると、加速度計は一対の加速度センサ、および選択された時間間 隔Ｔの間、感応軸に沿っての速度変化Δ■を決定するための手段を備えている。

各加速度センサは感応軸に沿っての加速度に関連する周波数を存する出力信号を 発生するように作動する。センサは、感応軸に沿っての所定の加速度によって一 方の出力信号の周波数が増加し、他方の出力信号の周波数が減少するように配置 される。時間間隔Ｔの間、速度変化△■は下記の関係に従って決定される。

△Ｖ−Ａ　（Δφ＋ＦＴ＋ＢΣφ〕 ここで、Ａ、ＦおよびＢは定数、△φは時間間隔Ｔにおける出力信号の位相変化 差、Σφは時間間隔Ｔの出力信号の位相変化の和である。各センサは、好ましく は、振動ビーム力検出素子を備え、各力検出素子は感応軸を規定する単一の自由 度を有するように抑制される試験済み質量に接続される。速度変化を決定するた めの手段は時間間隔Ｔの始めと終わりで他方の出力信号に関する一方の出力信号 の相対位相を決定するための手段。

および時間間隔Ｔの間、生じる各出力信号の全サイクル数を決定するための手段 を備えている。

別の見方をすると、加速度計は、その間に電力が使用可能でない副間隔を含むｔ 、からｔ％までの時間間隔の間、感応軸に沿っての速度変化を測定するための手 段を備えている。加速度計は一対の加速度センサ、およびこのような時間間隔の 間、感応軸に沿っての速度変化Δ■を決定するための手段を備えている。

各加速度センサは感応軸に沿っての加速度に関する周波数を有する出力信号を発 生するように作動する。このセンナは、感応軸に沿っての所定の加速度によって ６一方の出力信号の周波数は増加し、他方の出力信号の周波数は減少するように 配置される。△■を決定するための手段は時間ｊｘ４および−のおのおので他方 の出力信号に関する一方の出力信号の相対位相に対応する相対位相値を決定し蓄 積するための手段を含んでいる。速度変化を決定するための手段は、更に下記関 係に従って△■を決定するための手段を備えている。

ΔＶ＝Ａ△φ ここで、Ａは校正定数、△φは時間−および１％間の相対位相変化である。速度 変化を決定するための手段はまた２時間間隔用から４までに対する△φが±πを 越えないように時間−で△φを±２πだけ調整するための手段を含んでいる。

また、別の見方をすると、加速度計は、その間に電力が使用可能でない副間隔を 含む−から１．までの時間間隔の間、感応軸に沿っての速度変化を測定するため の手段を備えてｔ）る。加速度計は、一対の第１の出力信号を発生し、目盛定数 Ａ、を有する一対の第１のセンサおよび一対の第２の出力信号を発生し。

Ａ、の整数倍でない目盛定数Ａ、を有する一対の第２のセンサを備えている。ｔ Ｈおよび１．（△Ｗ、）間の第１の出力信号の相対位相変化と第２の出力信号（ △ＷＲ）に対する同一数量が決定され。

ｉおよびｊに対する整数値が下記のように決定される。

ＡＩ（ΔＷ　＋　＋ｒ　）＝　Ａ　ｔ（△Ｗｔ＋ｊ）速度変化△■は２次のよう に決定される。

△Ｖ　＝　２　ｙｒ　Ａ　＋　（△Ｖ／＋＋　ｉ　）＝２πＡｔ（△Ｗｔ＋ｊ） 別の見方をすると３時間間隔Ｔの間、速度変化△■は下記の関係に従って決定さ れる。

△Ｖ＝ＡＩ［（１−Ａ、Σφ）△φ＋Ａｓ（△φ）’＋Ａ　ａΣφ＋Ａ、（△φ ）’＋ＡＯ） ここで、Ａｏ。Ａ、およびＡ４は０でない定数、Ａｔ、Ａ３およびＡｓは定数で 、その少なくとも一つは０でない定数である。Ａｔ。

Ａ、およびＡ、の項は非常に高精度応用における特定の非線形性を補正するため に使用される。

図面の簡単な説明 第１図はプッシュプル振動ビーム加速度計の概略図である。

第２図は△φおよびΣφの計算を示すためのタイミング図である。

第３図はこの発明による△■を決定するための装置のブロック図である。

第４図は第３図の装置の動作を示すタイミング図である。

第５図は２つの加速度計の出力に基づく停電後△Ｖに対するあいまいでない値の 決定を示すグラフである。

発明の詳細な説明 第１図はプッシュプル振動ビーム加速度計を概略的に示したものである。加速度 計は試験済み質量１２．力検出素子１４と駆動回路１６を備えている第１の加速 度センサおよび試験済み質量ｆ　８．力検出素子２０と駆動回路２２を備えてい る第２の加速度センサを含んでいる。各力検出素子は米国特許第４゜２１５．５ ７０号明細書に図示されているように両頭音叉構造わみヒンジ２６および２８の それぞれによって支持体２４に取り付けられている。各たわみヒンジはその関連 試験済み質量を感応軸Ｓに沿っての単一の自由度に抑制する。力検出素子１４は 、試験済み質量１８がたわみヒンジ２６で一端を懸垂され。

力検出素子１４でその他端を懸垂されるように、支持体２４に取り付けられた一 端を有し、試験済み質量１８に取り付けられた第２の端を有する。同じ方法で、 力検出素子２０は、試験済み質量１８がたわみヒンジ２８で一端を懸垂され、力 検出素子２０でその他端を懸垂されるように、支持体２４に取り付けられた一端 を有し、試験済み質量１８に取り付けられた第２の端を存する。図示された実施 例において、他の配置がまた使用されるけれども９両方の力検出素子は加速度計 の感応軸Ｓと並行である。当業者に周知のように、力検出素子はまた。゛たわみ ヒンジの反対側の試験済み質量の端よりむしろそれぞれの試験済み質量の質量中 心で試験済み質量に取り付けることができる。

第１図から理解されるように、感応軸Ｓに沿っての所定の加速度の結果、一方の 力検出素子に圧縮力が生じ、他方の力検出素子に張力が生じる。例えば、感応軸 に沿っての上向きの加速度の結果、一方の力検出素子１４に張力が生じ、他方の 力検出素子２０に圧縮力が生じる。力検出素子１４および駆動回路１６は、共振 周波数ｆＩを有し０周波数ｆ＋を存する出力信号Ｓを発生するカー周波数トラン スジューサを備えている。振動する弦と同様な方法で、共振周波数ｆ、は力検出 素子１４に沿９て与えられる張力に応じて増加し、この力検出素子に沿って与え られる圧縮力に応じて減少する。力検出素子２０および駆動回路２２は、共振周 波数ｆ、を有し、出力信号Ｓｔを発生する同じカー周波数トランスジューサを備 えている。この共振周波数ｆ！は力検出素子２０に沿っての張力および圧縮力の それぞれに応じて高くなうたり低くなる。従って、感応軸Ｓに沿っての所定の加 速度の結果１周波数ｆ、および周波数ｆ、はほぼ等しいが、その周波数変化は反 対である。同じ結果が同一の試験済み質量に両方の力検出素子を取り付けること によって達晟されることが理解されるだろう。

振動ビームトランスジューサの加速度対周波数特性は、一般に下記のように表せ る。

ａ＝ｃ　（１−（ｆ／ｆａ）”）（１−Ｄ　（１−’（ｆ／ｆｏ）’）　（１） ここで、Ｃはスケーリング定数、Ｄは線形定数、ｆｏはゼロ加速度に対応する出 力周波数、ｆは加速度１に対応する出力周波数である。この方程式は下記のよう に転化される。

ｆ　＝　ｆ　ｏｒに＋（ａ＋ｋｔ＆”＋ｋ　３ａ　３＋”　＠　＠　）　（２） ｋ　！＝　（１＋４Ｄ　）／４Ｄ　（４）ｋ　ｓ＝　（１＋４Ｄ　＋１６Ｄ　つ ／８Ｃ”　（５）定数りは小さい（例えば、　Ｄ＝、　０２５）で、所定のビー ム設計に対して殆ど一定となる傾向がある。しかしながら、ｆｏおよびＣは次元 の差のためビームからビームまでかなり変動する。プッシュプル振動ビーム加速 度計では、原則として下記のように２つのセンサを機械的に調整することができ る。

ここで、ｆａｔおよびｆｏｔは第１および第２のセンサのそれぞれのゼロ加速度 の振動周波数、ＣＩお上びＣ１は第１および第２のセンサのそれぞれのスケーリ ング定数である。このような場合。

Ｄは定数で２周波数差ｆ＋　ｆｏに対する二次項（ａりは省かれると仮定すると ９周波数差は次のように書くことができる。

ｒｒ　ｆｒ＝２に＋ａ＋に＋ｋｓａ’＋”　６　＠　（ｇ）ａ　３項は二乗され た加速度のｇ毎に１／１０＠のオーダである可変目盛係数シフトを発生し、多く の場合に無視される。しかしながら、このアプローチに関する問題は、２．３／ Ｉ　Ｏ＠に式（６）と（７）を等式にするため要求される機械的調整が難しく９ 時間がかかり、それらが密閉されないセンサでなされなければならないので、自 滅的になる傾向があるということである。従来のプッシュプル加速度計は、従っ て式（６）と（７）の等式によらないで電気的アプローチに典型的による。電気 的アプローチにおいて。

周波数ｆ、およびｆ、は高速度でサンプルされ、得られるサンプルは加速度に変 換される。加速度が各サンプルに対して決定された後、加速度は正味速度変化を 発生するように時間に対して積分される。

この発明は、速度変化がセンサの機械的整合または高サンプリング速度の必要な しでプッシュプル加速度計の出力信号から直接計算できるという発見に基づく。

この発明によれば、所定の時間間隔Ｔ間の速度変化は次のように決定される。

△Ｖ＝Ａ（Δφ＋ＦＴ＋Ｂ　Σ　φ）　（９）ここで、Ａ、ＦおよびＢは定数、 △φは時間間隔Ｔ間の２つのセンサの出力信号の位相変化の差、Σφは時間間隔 Ｔ間の出力信号の位相変化の和である。定数Ａ、ＦおよびＢは次のように決定さ れる。

Ａ　＝　（ｋ　＋＋”ｋ　＋＋”Ｂ　（ｋ　＋＋−ｋ　＋＋））″（１０）Ｆ　 ＝−（ｆ　ａｔ−ｆ　ａｔ）−Ｂ　（ｆ　ｏ＋＋ｆ　ａｔ）　（１１）Ｂ　−（ ｋ　ｔｔｋ　ｔｔ−ｋ　＋＋ｋ　＋＋）／　（ｋ　ｔｔｋ　ｔｔ十ｋｌＩｋ□） 　（１２）ここで＋ｋｌｌおよびｋｉｔはセンサｌおよびセンサ２のそれぞれに 対する定数に＋、に□およびに、はセンサ１およびセンサ２のそれぞれに対する 定数ｋ　ｔ、　ｆ　ｏｒおよびｆ。、はセンサｌおよびセンサ２のそれぞれに対 する定数ｆ０である。

されている。第２図において、センサ１およびセンサ２の出力信号Ｓ、およびＳ Ｉのそれぞれは方形波で表される。この信号Ｓ、の周波数ｆＩは信号Ｓ、の周波 数ｆオより大きい、０からＴまでの時間間隔は信号Ｓ、の４つの全サイクルを含 む。この時間間隔における信号Ｓ、の全位相変化は、従つて４×２π＝８πであ る。同じ時間間隔で、出力信号Ｓ、は７πの位相変化に対して３．５全サイクル だけ変化する。この例で１位相変化の差△φはπに等しく１位相変化の和Σφは １５πに等しい。信号Ｓ、に関する信号Ｓ１の相対位相は時間ＯでＯであり１時 間Ｔでπである。

一般に、°相対位相変化”は“位相変化の差”＋２πＩに等しい。ここで、ｉは ０もしくは正または負の整数である。

数量ΔφおよびΣφが一連のサンプル時間−９ｔ１．−・・・。

で決定されるべきであり、サンプル時間ｔ、ＬはＳ、信号に関して同期をとるよ うに選択される。即ちサンプル時間は信号Ｓ、のＮｔサイクル毎に発生すると仮 定する。ｔからｔまでの時間間隔に対する数量Δφ孔は下記のように書かれる。

Δφ１＝φ、（ｔＪ−φ、（ｔｗ、１）−φｆｆｉ　（ｔ、Ｌ）÷φ、（−ω　 （１３）ここで、φ、およびφ、は信号Ｓ＋およびＳ、の位相のそれぞれに関連 し、括弧の値は時間を表している。式（１３）は次のように書き直せる。

△φ１＝２π（Ｎｌ−Ｎｔ＋Ｒ＠’〜−Ｒｔ／ＰＬ）　（１４）ここで、Ｎｌは 時間間隔−〜ｔユにおける信号Ｓ、の全サイクル数。

Ｎ、は同じ時間間隔におけるＳ、信号のサイクル数である。ここで１式Ｒ１／Ｐ ルは時間ｔ１で信号Ｓ、に関する信号Ｓ、の相対位相。

Σφ＊　＝　２　（Ｎ　ｒ”Ｎ　ｔ−Ｒａ）／Ｉ’％（”Ｒｘ／　Ｐｎ）　（１ ５）パラメータＲおよびＰの意味は第４図に示されている。サンプル時間ｔえに 対するＣＬＫ信号を無視すると、Ｐｌは信号Ｓ、の最後の全サイクル期間を表し 、　ＲＲは信号Ｓオの最後の全サイクルの開始と信号Ｓ＋の次のサイクルの開始 間の時間を表す。従って、Ｐ。

は時間ｔ１における信号Ｓ、の周波数ｆ、の測度であり、Ｒａ／Ｐ、は時間１． ｌにおける信号Ｓ、に関する信号Ｓ、の相対位相の測度である。

もし高分解能が必要されないならば１式（１４）および（］５）のＲおよびＰ項 は無視されることができ、速度変化はＮ、およびＮ、値から直接計算されること ができることは注目されるべきである。

この近似におけるエラーは累積されないし、決してｌサイ、クルを越えない。

第３図は式（９）、（１４）および（１５）に従って速度変化△■を決定するた めの装置のブロック図を示している。この装置はバス４８により相互に接続され たデータ・プロセッサ４０およびゲート回路４２．４４および４６を備えている 。おのおののゲート回路は下記に詳述されるように１もしくはそれ以上のゲート 付きカウンタを備えており２データ・プロセッサ４０は一連のサンプル時間にの おのおののでゲート回路により累算された計数を周期的にサンプルする。一般的 に、サンプリング速度は信号Ｓ、またはＳ、に関して同期的もしくは非同期的か のいずれかである。図解のため、この装置はサンプリングが信号Ｓ、のＮ。

サイクル毎に発生する場合のために説明されている。データ・プロセッサ４０は 第３図に示されるように、信号Ｓ、を直接受信し、Ｓ、信号のＮ、サイクル毎に ライン５０にイネーブル信号を発生する。短時間後、ゲート回路４２は現サンプ ル時間（ｔ、Ｌ）のため計数動作を停止させ、累算された計数が（バス４８を介 して）読み出され、処理されるデータ・プロセッサに信号を出すりセット信号を ライン５２に発生する。そのデータ・プロセッサは累算された計数を読み出し、 間隔１２〜１１間の正味速度変化Δｖ１を決定し続ける。後述のようにライン５ ２のリセット信号の発生は第４図に示されるようにサンプリング時間ｔ％と一致 する。

ゲート回路４２は信号Ｓ＋およびＳｔ並びにクロック信号ＣＬＫを受信し、パラ メータＰおよびＲの値を周期的に決定する。

クロック信号ＣＬ　Ｋは信号Ｓ、およびＳ、の周波数ｆ、およびｆ。

のそれぞれより著しく高い周波数を有する周期信号である。ＣＬＫ信号は独立し たクロック発生器により発生されるか、データ・プロセッサ４０の内部クロック から得られる。ゲート回路４２は２つのカウンタを使用して実行され、カウンタ のおのおのはＣＬ　Ｋ信号の各サイクルでその計数を増分する。両方のカウンタ はゼロにリセットされ、第１のＯ交叉、即ちライン５０のイネーブル信号の受信 後発生する信号Ｓ、の立ち上がりで計数を開始する。第１のカウンタは信号Ｓ、 の次の立ち上がりで計数を停止する。第２のカウンタは信号Ｓ、の次の立ち上が りで計数を停止する。それによって、第１および第２のカウンタの内容は第４図 のパラメータＲ１およびへのそれぞれに対応する。第２のカウンタが計数を停止 すると、ゲート回路４２はライン５２にリセット信号を発生し、それによって、 リセット信号はサンプリング時間ｔｍに対応する。

ゲート回路４４はカウンタおよびラッチを備えている。カウンタはＣＬＫ信号の 各サイクルでその計数を増分する。リセット信号がライン５２に発生する各時間 に、カウンタの内容はラッチに転送され、カウンタは０にリセットされる。それ によって。

ゲート回路４４は連続するリセット信号間の（ＣＬＫ信号のサイクルにおける） 時間を決定し、従って連続するサンプリング時間ｔ１イとｔｘ間の時間間隔Ｔを 決定する。

ゲート回路４Ｇはまたカウンタおよびラッチを備えている。

カウンタはＳ、信号の各立ち上がりでその計数を増分する。ライン５２の各リセ ット信号の発生で、カウンタの内容はラッチに転送され、カウンタはＯにリセッ トされる。従って、ゲート回路４６は数量Ｎｌ＆即ち（式（１４）および（１５ ）に関連して前に規定したように）サンプリング時間ｔ１に対する数１１Ｎ＋を 決定する。

リセット信号に応答して、データ・プロセッサ４０はサンプリング時間１．に対 応するパラメータＲ＊　、　Ｐ−、’ｒ−およびＮＩｋ読み出し続け１次に△Ｖ ｔ　、時間ｔ、１４と０７間の速度変化を決定する。式（９）、（１４）および （１５）を結合すると１次のように書ける。

△Ｖｍ　／２ｘ　Ａ　＝　Ｎ　＋ｘ　−Ｎ　ｔ＋Ｗｘ４−Ｗｎ＋Ｂ　ＣＮ　＋　 ＋Ｎ　ｔ＋Ｗｗ４−Ｗｗｈ　）　＋Ｆ　Ｔ’ｓ　（Ｊ、６）＝　Ｎ　＋＊　（１ ＋Ｂ　）−（１−Ｂ　ＸＮ　ｔ”ＷＩＬ−ＷｘＪ”Ｆ　Ｔｎここで、　Ｗｘ　＝ 　Ｒｎ／　ＰａおよびＷｙ＝Ｒ＠ＩＰ−＊’Ｔ’ある。データ・プロセッサ４０ が式（１６）の計算を実行後、このデータ・プロセッサは前のサンプル時間を通 して△Ｖ／２πＡに対して累算された値を含む加算レジスタに△Ｖｘ／２πＡを 加算する。次に、現速度は加算レジスタの内容×２πＡにより決定される。式（ １６）の計算を行う時、ｌサンプル時間で加算される数量Ｗが次のサンプリング 時間で正確に（鴇のように）減算されることは注目すべきことである。従って、 Ｗ項のため△Ｖの計算において丸め、即ち累算エラーはない。式（１６）におい て、計算の確度がサンプリング速度の関数でないことはまた注目に値する。従っ て、適当なサンプリング速度は現速度情報に対する必要性により単に決定される 。

式（６）および式（７）の等式が正しいようにセンサが整合されている２重ビー ム加速度計において９式（９）の定数Ｆお上びＢはＯであり９式（９）は△Ｖ＝ △Ａφに減少される。従って、式（９）の項ＦＴ＋ＢΣφは、もしビームおよび 振り子が完全に整合されていないならば、その結果生じるバイアスおよび線形性 エラーを除去する補正項を表す。典型的な２重センサ加速度計では、この補正項 は全ΔＶに対して２．３％寄与するだけである。加速度計の電子装置が２　、３ 　ｍ　ｓ間例えば核パルスだけ運転停止されると、Ａ△φ項の支配は速度情報を 回復するための手段を提供する。振動ビーム加速度計に使用されている水晶は少 なくとも２゜３０００のＱ値で典型的に振動する。駆動回路が電力を奪われると 、水晶はしばらくの間振動し続ける。ゆっくりと振幅が減衰するがしかじ力７周 波数変換器としてなお機能する。元の振幅の１／ｅに減衰するのに必要とされる サイクル数はＱ／πである。

Ｑ＝３，０００の場合、従って、減衰時間は杓子すイクル即ち４０ＫＨｚの振動 周波数（ｆｏ）で２５　ｍ　ｓである。これは多くの停電を乗り越えるのにより 十分である。このような停電中１式（９）の項ＦＴ＋ＢΣφは無くなるが１項Ａ △φは後述のように決定される。項ＦＴ＋ＢΣφは全速度変化に２．３％だけ寄 与するため、　２　、３　ｍ　ｓ間この項がなくなることは重要ではない。

時間１＝から時間ｔｚまで時間間隔−がその簡に駆動回路１６および２２（第１ 図）電力を奪われる副間隔を含んでいすると仮定する。力検出素子Ｉ４および２ ０が振動し続けるため、信号ＳＩおよびＳ！は、あたかも停電が決して生じない ように副間隔後互いに同相関係を有する。停電中Ｓ、およびＳ、信号の全位相変 化は決定されることはできないけれども、実際の相対位相変化の差Δφが±１８ ０°を越えないならば２時間間隔Ｔ％の間位相変化の差△φ　を決定することが できる。Ｂ＝Ｐ＝Ｏの場合１式（１６）を書き直すと１次のようになる。

△Ｖｘ／　２　ＨＡ　＝　Ｎ　ｒｖ−Ｎ　２”Ｗ１１４−Ｗｎ＝△Ｎ＋△Ｗ　（ １７）ここで、△Ｎ　＝Ｎ　＋ｍ　−Ｎ　ｔはＴ期間中の信号ＳｌおよびＳ２間 の相対位相変化の全サイクル数（整数）と等しい。ここで、△Ｗ＝Ｗ、Ｉ。

Ｗｘは一期間中の信号ＳＩおよびＳ１間の部分位相変化と等しい。停電が発生さ れることが既知であると、数量ΔＮは未知であるが、もし−（停電中に保持され るならば、数量△Ｗが計算される。もし信号Ｓ、およびＳ２間の位相変化の差が ±１８０゜を越えないならば、停電を含む時間間隔間の数量△Ｗは次のようにそ の期間に対する数量△Ｎを決定するように使用される。

−０，５〜＋０．５０ ＋０．５〜＋１ｈａ　−ｓ 村および−１は、実際の位相変化の差が±１８０°を越えないという仮定に従っ てそれぞれ２πおよび一２πだけ観察された位相変化の差を調整することに等し い。一旦電力が停電後回後すると、データ・プロセッサ４０は、停電を含む時間 間隔の間。

Δｖ、Ｌ／２πＡを決定するように上記で示した調整を実行する初期化ルーチン に動作を転送し、その結果を加算レジスタに加算する。従って、現在の速度情報 は、停電後２つの数量、　Ｗｘ４および停電の期間中加算レジスタの内容を保持 することにより決定される。この数量は電気的に消去できるＦＲＯＭの使用によ ってま六は停電中データを保持することができる他の公知のメモリ手段によって 保持することができる。

停電中側間隔を含む時間間隔の間、速度変化を決定するための別の技術は、あた かも停電が発生しなかったかのように式（１６）の数量△ｖ＋Ｌ／２πＡを計算 することであるが、このような数量を次のように調整することである。

計算された この技術の利点は、それが停電の終了がらｔ　まで累算されたΣφを保持するこ とである。

停電中正味位相変化の差カ月８０°を越えると、他の技術が、停電が発生される 間隔の間△■を決定または推定するために一般に使用されなければならない。も し全速度変化が停電を引き起こした事象の力学から少なくともほぼ既知ならば、 このような技術は十分であ乞。二者択一的に、△Ｖは、互いに非整数倍である定 数Ａの値を有する２つの加速度計を使用して決定される。この原理が第５図に示 されている。第５図のグラフの左端は、第１の加速度計の場合、数量△Ｎ（−２ 〜＋４）の一連の推定値に対する数量ΔＶのための一連の可能値△Ｖを示す。

値△Ｖ　は下記のように与えられる。

△ｖｚ＝　２　ｘ　Ａ　ｌ（△Ｗ、＋１）（１８）ここで、ｉは整数（正、負ま たは０）、ＡＩは第１の加速度計に対するパラメータＡである。隣接レベル間の 差は２πＡ、である。第５図の右端は第２の加速度計に対して同様な図を示す。

その△Ｖの可能値は次のように与えられる。

△Ｖｊ　＝　２　ｙｒ　Ａ　ｔ（△Ｗ　ｗ＋ｊ）　（１９）ここで、ｊは整数で 、Ａ、は第２の加速度計に対するパラメータＡである。隣接レベル間の差は２π Ａ、と比例する。△Ｖの実際値は第１および第２の加速度計の両方に対する可能 値が存在する値、即ち整数ｉおよびｊに対してＡ、（△Ｗ　＋”　ｉ　）＝　Ａ 　ｔ（△Ｗ。

＋ｊ）である値である。

上記式（１６）で示される計算はプッシュプル振動ビーム加速度計の振動ビーム カドランスジューサの顕著な二次非線形性に対する説明である。しかしながら１ 式（１６）が非常に高精度応用で重要であるあるより高位数の効果を省略する。

もしこのような効果が考慮されるならば、前記式（９）で述べられている式は次 のように展開される。

△Ｖ＝Ａ、［（１−ＡｔΣφ）△φ＋Ａ３（Δφ）”＋Ａ　４Σφ＋Ａ、（△φ ）”　＋Ａ１１）　（２０）ここで、ＡｏＡｓは定数で、Ａ、、Ａ、および八〇 は式（９）の定数Ａ。

ＢおよびＦに対応する。項△φおよびΣφは前記式（１４）および（１５）毎に 計算される。式（２０）の３つの新しい項、即ち定数Ａｔ。

Ａ、およびＡ、を含む項は、要求される確度のレベルによって。

要求されるように加算される。Ａ２項は三次調整エラーのための目盛係数を補正 する。Ａ５項は第３位数項に対する静的線形性を補正し、Ａｓ項は加速度計の制 動ギャップにおける周波数の関数またはガスボンピング効果として水晶の誤った トラッキングのような純粋に力学的二次調整効果を別々に補正するように使用す ることができる。トラッキングエラーおよび非１称性のないセンサの場合を仮定 すると０式（２０）で述べられている式は補正されない三次項の２．３％以上で は決してなく、サンプリング周波数が最高振動周波数と同じ大きさかそれ以上に 大きい時。

消失するａ　ｇ　３を除いて、Ａｓが０に等しいと正しい。

この発明の好ましい実施例が図示され、説明されているが。

変更が当業者には明らかであることは理解されるべきである。

従って、この発明は図示され、説明された特定の実施例に限定されるべきでなく 、この発明の本当の範囲および精神は下記の特許請求の範囲を参照して決定され るべきである。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．感応軸に沿っての所定の加速度によって一方の出力信号の周波数を増加させ ，他方の出力信号の周波数を減少させるように配置され，そのおのおのが前記感 応軸に沿っての加速度に関連する周波数を有する出力信号を発生するように作動 する一対の加速度センサと，下記の関係に従って選択された時間間隔の間，前記 感応軸に沿っての速度変化ΔＶを決定するための手段とを ΔＶ＝Ａ〔Δφ＋ＦＴ＋ＢΣφ〕 ここで，Ａ，ＦおよびＢは０でない定数，Ｔは前記時間間隔の長さ，Δφは前記 時間間隔の間，出力信号の位相変化の差，Σφは前記時間間隔の間出力信号の位 相変化の和である。 備えていることを特徴とする感応軸に沿っての速度変化を決定するための加速度 計。
2. ２．各センサは振動ビームカ検出素子を備え，各力検出素子は感応軸を規定する 単一の自由度を有するように抑制される試験済み質量と接続されることを特徴と する請求の範囲第１項記載の加速度計。
3. ３．速度変化を決定するための手段は前記時間間隔の始めと終りのそれぞれに対 応する時間ｔｎ−１とｔｎの他方の出力信号に関する一方の出力信号の相対位相 を決定するための手段を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項記載の加 速度計。
4. ４．相対位相を決定するための手段は，出力信号の前以て選択された周期的特性 の時間差を決定するための手段と，前記他方の出力信号の周期を決定するための 手段と，前記周期で割り算される前記時間差の商に対応する比率値を決定するた めの手段とを備えていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の加速度計。
5. ５．速度変化を決定するための手段は前記時間間隔の間，発生する各出力信号の 全サイクル数を決定するための手段を含んでいることを特徴とする請求の範囲第 ３項記載の加速度計。
6. ６．各出力信号の全サイクル数を決定するための手段は出力信号の一方のＮ１全 サイクル後毎に一連のイネーブル信号を発生するための手段および連続するイネ ーブル信号間に発生する他方の出力信号の全サイクル数を計数するための手段を 含んでいることを特徴とする請求の範囲第５項記載の加速度計。
7. ７．感応軸に沿っての所定の加速度によって一方の出力信号の周波数を増加させ ，他方の出力信号の周波数を減少させるように配置され，そのおのおのが前記感 応軸に沿っての加速度に関連する周波数を有する出力信号を発生するように作動 する一対の加速度センサと時間ｔ１とｔ２のおのおので他方の出力信号に関する 一方の出力信号の相対位相に対応する相対位相値を決定し蓄積するための手段お よび下記の関係に従ってΔＶを決定するための手段を含み，時間間隔の間，感応 軸に沿っての速度変化ΔＶを決定する手段とを ΔＶ＝２πＡΔＷ ここで，Ａは校正定数，ΔＷは時間ｔ１とｔ２間の前記相対位相の変化である。 備えていることを特徴とする，その間に電力が使用できない副間隔を含んでいる ｔ１からｔ２ヘの時間間隔の間，感応軸に沿っての速度変化を測定するための加 速度計。
8. ８．各センサは振動ビームカ検出素子を備えており，各力検出素子は感応軸を規 定する単一の自由度を有するように抑制される試験済み質量と接続されることを 特徴とする請求の範囲第７項記載の加速度計。
9. ９．相対位相値を決定し，蓄積するための手段は出力信号の前以て選択された周 期的特性の時間差を決定するための手段と，前記の他方の出力信号の周期を決定 するための手段と，前記周期によって割り算される前記時間差の商に対応する比 率値を決定するための手段とを備えていることを特徴とする請求の範囲第７項記 載の加速度計。
10. １０．速度変化を決定するための手段が，前記時間間隔に対するΔＷが±０．５ を越えないように時間ｔ２で±１だけΔＷを調整するための手段を含んでいるこ とを特徴とする請求の範囲第７項記載の加速度計。
11. １１．感応軸に沿っての所定の加速度によって一方の第１の出力信号の周波数を 増加させ，他方の第１の出力信号の周波数を減少させるように配置され，そのお のおのが前記感応軸に沿っての加速度に関連する周波数を有する第１の出力信号 を発生するように作動する一対の第１の加速度センサと，感応軸に沿っての所定 の加速度によって一方の第２の出力信号の周波数を増加させ，他方の第２の出力 信号の周波数を減少させるように配置され，そのおのおのが前記感応軸に沿って の加速度に関連する周波数を有する第２の出力信号を発生するように作動する一 対の第２の加速度センサと，時間ｔｎ−１とｔｎのおのおので他方の第１の出力 信号に関して一方の第１の出力信号の相対位相に対応する第１の相対位相値を決 定し蓄積するための手段と，時間ｔｎ−１と時間ｔｎのおのおので他方の第２の 出力信号に関する一方の第２の出力信号の相対位相に対応する第２の相対位相値 を決定し蓄積するための手段と，下記のようにｉおよびｊに対して値を決定する ための手段とを Ａ１（ΔＷ１＋ｉ）＝Ａ２（ΔＷ２＋ｊ）ここで，ｉおよびｊは整数，Ａ１およ びＡ２は第１および第２のセンサ対のそれぞれに対する目盛定数で，互いの整数 倍でなく，ΔＷ１は時間ｔｘ−１における第１の相対位相値と時間ｔｎにおける 第１の相対位相値の差，ΔＷ２は時間ｔｎ−１における第２の相対位相値と時間 ｔｎにおける第２の相対位相値の差であり，それによって時間ｔとｔ間の速度変 化ΔＶは，ΔＶ＝２πＡ１（ΔＷ１＋ｉ）＝２πＡ２（ΔＷ２＋ｊ）のように決 定される。 備えていることを特徴とする，その間に電力が使用可能である副間隔を含んでい る時間間隔ｔｎ−１からｔｎまでの間感応軸に沿っての速度変化を測定するため の加速度計。
12. １２．下記の式の値を決定するための手段を更に含んでおり，Ａ５（Δφ）２＋ Ａ１Ａ３（Δφ）３−Ａ１Ａ２ΣφΔφここで，Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＡ５は ０でない定数である。 前記値が前記時間間隔の間，感応軸に沿っての速度変化を決定する際，ΔＶの値 に加算されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の加速度計。
13. １３．速度変化を決定するための手段は，前記時間間隔の始めと終りのそれぞれ に対応する時間ｔｎ−１とｔｎにおける他方の出力信号に関する一方の出力信号 の相対位相を決定するための手段を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１ ２項記載の加速度計。
14. １４．相対位相を決定するための手段は出力信号の前以て選択された周期的特性 の差を決定するための手段と，前記他方の出力信号の周期を決定するための手段 と，前記周期で割り算された前記時間差の商に対応する比率値を決定するための 手段とを備えていることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の加速度計。