JPS63503571A - 加速度計の温度補正 - 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】 加速度計の温度補正 扼」た１ この発明は加速度計、特に保証錘りの動きが力変換器によって抑制される加速度 計に関するものである。

ｉ兜へえＬ 従来の加速度計の１つの型においては、保証錘りが弾性ヒンジによってハウジン グに取付けられ、力変換器が保証錘りとハウジング間の加速度計受感軸に沿って 接続されている。

受感軸に沿った加速度は力変換器の圧縮力または引張力に起因する。この圧縮力 または引張力は加速度の方向と大きさの両方を示す電気信号に変換される。

上述した型の加速度計においては、一般に力変換器の熱膨張係数は保証錘りおよ びハウジングの熱膨張係数と正確に一致できない、従って、保証錘りは温度が変 化するときにハウジングに対して動く、この熱的に誘起される動きは加速度計の 作動に対して多数の不都合な作用をもたらす１弾性ヒンジは熱誘起される動きに 対して抵抗し、これによって計器の変位に変化を生じる。熱誘起される動きがハ ウジングに対して保証錘りの重心の位置を変えるようにするときに、加速度計の 軸整列の変化が起こる。更に、熱誘起される動きは保証錘りとハウジング間の緩 衝間隙および衝撃間隙の変化に起因して、これら各構成部材の緩衝および制限作 用を変更する。

先１へ」丸 この発明は保証錘りの動きが２つの力変換器によって抑制される加速度計を提供 するもので、温度変化に基ずく誤差が従来の加速度計と比較して十分に減少され るように力変換器が構成配置されている。

１つの推奨実施例において、加速度計はハウジングと、保証錘りと、ハウジング に対して保証錘りを取付けるための支持装置と、第１．２の力変換器とを有して いる。力変換器は、力変換器と他の加速度計部材間の熱膨張収縮差が受感軸に直 角な補正軸周りの保証錘りの回転に起因するように保証錘りとハウジング間に接 続される。１つの推奨実施例において、力変換器は各接続点から保証錘りに且つ 各接続点からハウジングに受感軸に平行に対向方向に延びている。

・　の、ｆ；日 第１図は従来の加速度計の断面図、 第２図はこの発明の加速度計の作動の原理を示す概要図、第３図はこの発明の加 速度計の第１の実施例の断面図、第４図は第３図の４−４線に沿った断面図、第 ５図はこの発明の加速度計の第２の実施例の断面図、第６図は第５図の６−６線 に沿った断面図、第７図はこの発明の加速度計の第３の実施例の平面図、第８図 は第７図の８−８線に沿った断面図である。

日の全線を脱Ｂ 第１図は、この発明の加速度計に関連した従来の加速度計を示している。第１図 の加速度計は弾性ヒンジ１６によってハウジング１４から吊下げられた保証錘り １２と、保証錘り１２およびハウジング１４間に連結された力感知部材２４から 成る力変換器とを有する。保証錘り１２、ハウジング１４および弾性ヒンジ１６ はベリリウム銅の様な金属材料から総て好適に造られる。保証錘り１２は形かは ゾ矩形で、ハウジング１４の空所１８よりや−小さくてはゾ同じ形状をなしてい る０弾性ヒンジ１６は保証錘り１２の受感軸ＳＡに沿った上下方向の動きを許す ようできるが、該受感軸ＳＡに対して直角方向の保証錘り１２の大きな動きを阻 止するようなしている。ハウジング１４と保証錘り１２の各上下面との間の緩衝 間隙２０．２２は、保証錘り１２が動くときの空気の動きのための制限された通 路を設けることによって保証錘り１２の所要しない動きを減衰するように作用す る。減衰間隙２０．２２の幅と他の図面の対応する減衰間隙の幅は図示のために 誇張されている。

力感知部材２４は米国特許第４．２１５．５７０号明細書に示される両端が曲が ったホーク構造をもった石英結晶から好適に成る。適宜な駆動回路と組合せられ るこの様な結晶は、石英結晶に沿った、すなわち力感知部材２４に沿った軸方向 の力の関数である共振周波数をもった振動ビーム力変換器を有している。特に、 力感知部材２４に沿った圧縮力は力変換器の共振周波数の減少を生じ、力感知部 材２４に沿って作用される引張力は力変換器の共振周波数の増大の原因となる。

従って、適宜な周波数測定回路の力変換器出力信号の接続によって、保証針り１ ２の加速度による力感知部材２４に作用される力が決定できる。

また、第１図の加速度計は、ハウジング１４から保証針り１２の上下に各々延び る衝撃停止体２６．２８を有する。これら衝撃停止体２６．２８は受感軸ＳＡに 沿った保証針り１２の動きを制限し、これにより範囲外の大きな加速度によって 起こることのある力感知部材２４の損傷を防止する。

力感知部材２４の熱膨張係数を保証針り１２やハウジング１４および弾性ヒンジ １６の熱膨張係数に一致させることは、特に力感知部材２４が石英結晶から成る 場合には一般に非常に難しい、従って、加速度計の温度の変化は、弾性ヒンジ１ ６によって動きが抵抗される受感軸ＳＡに沿った保証針り１２の動きに起因する 。結果的に、加速度計の出力中の温度依存変位誤差に起因して加速度に基いて生 じることのある力の存否にて力感知部材２４に力が作用される。また、保証針り の温度誘起される動きは受感軸ＳＡの整列の変化および衝撃停止体間隙の変化を 生じる。

第２図はこの発明の加速度計の概要図である。加速度計は弾性ヒンジ３４．３６ によってハウジング３２に取付けられた保証針り３０を有する。保証針り３０は 、保証針り３０の本体から対向方向に横方向に延びる部材４２．４４を有する。

部材４２．４４は主に図示のために第２図に含まれているが、多くの場合にはこ の発明の加速度計は対応する構成部材を含まない、力感知部材３８．４０は接続 点４６．４８にて各々アームすなわち部材４２．４４に接続され、受感軸ＳＡに 沿って各接続点４６．４８から対向方向に延びている。第１図の加速度計による 如く、弾性ヒンジ３４．３６は受感軸ＳＡに沿った保証針り３０の上下方向の動 きを許す、しがし、弾性ヒンジ３４．３６は補正軸ＣＡ周りの保証針り３ｏの制 限された量の回転を許すようにできる。補正軸ＣＡは受感軸ＳＡに対して直角で 、且つ接続点４６．４８間の受感軸ＳＡに対して直角に延びる線に対して直角に なっている。最も適切な弾性ヒンジの設計は加速度計が予定される適用に基いて いる。

例えば、第２図に概略水される２ビームの利用は受感軸ＳＡ、補正軸ＣＡに直角 な大きな横方向の力を受ける加速度計に適している。しかし、単一の中央に位置 された弾性ヒンジは大きな横方向荷重を受けない加速度計に使用できる。

第２図の加速度計において、受感軸ＳＡに沿った加速度は１つの力感知部材の圧 縮力と他の力感知部材の引張力に基いている。各力感知部材が振動ビーム力変換 器の一部から成る推奨実施例において、１つの力変換器の出力信号周波数が減少 して他の力変換器の出力信号周波数が増加する結果となる。

加速度は従って以下の様な関係によって決めることができる。

ａ＝Ａ＋ｆ　ｌ　Ａｚｆ　２＋ＡＯ（１）但し、ｆｌ、ｆ２は２つの力変換器の 出力信号周波数で、Ａ１、Ａ２、八〇は目盛り調整によって決められる定数であ る。出力信号周波数と加速度の間の一層複雑な関係が利用できる０式（１）にて 、定数Ａ１、Ａ２は各力変換器の感度を示し、定数Ａ０は加速度計の変位すなわ ちずれを示す、力変換器は互いに出来るだけ同じなのが好適であるので、定数Ａ 　１．Ａ　２は互いに大体等しい１式（１）に従った加速度を決めるための適宜 な装置が米国特許第４．４６７．６５１号明細書に示されている。

第２図の加速度計が温度変化を受けるときに、力感知部材と保証針り、弾性ヒン ジとハウジング間の熱膨張収縮差は補正軸ＣＡ周りに保証針り３０を回転するよ うになす力に基いている０例えば、もし力感知部材の熱膨張が加速度計の他の構 成部材の熱膨張よりも大きければ、力感知部材３８は部材４２に下向きの力を作 用し、力感知部材４０は部材４４に上向きの力を作用する。これらの力は補正軸 ＣＡ周りの第２図で見て反時計方向に保証針りを回転するように組合う０弾性ヒ ンジ３４．３６は両刃感知部材の等しい対向方向の圧縮力に基いてこの様な回転 に対して抵抗する。結果として、温度変化は力感知部材に関連した変換器の出力 信号周波数をはゾ等しい大きさ減少すべくなす、上記の式（１）を参照して、熱 膨張により生じられる周波数変化は取消されるようになり、その結果として熱膨 張差は測定した加速度中に大きな誤差を生じない。

力感知部材３８．４０は、与えられた熱膨張収縮差により生じられる補正軸ＣＡ 周りの保証針りの回転量を減少するために第２図に示される様に互いに間隔を置 いて隔てられた位置にて保証針りに適宜取付けられる。接続点４６．４８は、与 えられた温度変化にて補正軸ＣＡと力感知部材の接続点間の間隔により分けられ る力感知部材長さ変化の係数が他の力感知部材の対応する係数と同じである様に 好適に選ばれる。

この様に同じ係数にすることによって、熱膨張収縮差によって生じられる動きは 受感軸の整列に影響を及ぼさない補正軸周りの回転だけである。同一の係数は、 互いに同じに力感知部材を造り且つ接続点への間隔を等しく造ることによって容 易に達成できる。しかし、成る利用においては、力感知部材間の漏話を防止また は最小にすべく異なった長さおよび補正軸からの接続点の異なった間隔を有する 力感知部材を使用するよう所要できる。上述の分析は、位置変化を生じる温度変 化によって分けられる接続点における力変換器または力感知部材の位置の変化に 等しい熱膨張係数を限定することにより一般化できる。この式において、力変換 器または力感知部材間に一定に好適に保持される係数は、力変換器接続点および 補正軸ＣＡ間の間隔により分けられる熱膨張係数である。

力感知部材の相対位置に関する別の考察ではこの様な力感知部材の剛性に従って なすようにしている。力感知部材の剛性は、力感知部材の長さの結果的な変化に より分けられる受感軸に沿った力感知部材に作用される力に等しい、好適には、 保証針りの重心と力感知部材の接続点間の間隔により増大された各力感知部材の 剛性の大きさは両刃感知部材におけると同じである。もしこの様な剛性の大きさ が同じでなければ、保証針りは受感軸に沿った加速度に応答して回転して、加速 度計出力に誤差をもたらすことのあるクロスカップリング期間を生じるようにな る。多くの適用において、補正軸ＣＡに沿って保証針りの重心を位置するように 所要できる。この選択の理由は、衝撃停止体の効果を最大にするために保証針り の重心が衝撃停止体と整列させることにある。更に、衝撃停止体は受感軸ＳＡと 補正軸ＣＡとにより決められる平面内に位置されるべきなので、衝撃停止体は補 正軸ＣＡ周りの回転中心に出来るだけ接近される。結果的に、推奨構成において 、保証針りの重心は補正軸に沿って位置される。

第３．４図は第２図の概要図に対応する加速度計の推奨実施例を示す、第３．４ 図の加速度計は弾性ヒンジ５４．５６によりハウジング５２から吊下げられた保 証針り５０を有する０弾性ヒンジ５４．５６は保証針り５０の受感軸ＳＡに沿っ た上下方向の動きを許すと共に、補正軸ＣＡ周りの保証針り５０の制限された回 転を許す、保証針り５０は矩形状をなし、ハウジング５２内の同様な形状で僅か に大きな空所５３内に弾性ヒンジ５４．５６によって吊下げられている。緩衝空 隙７０．７２がハウジング５２と保証針り５０の上下面との間に設けられる。保 証針り５０の上下面には溝６０．６４があり、これら渭６０．６４は第４図に示 される様に保証針り５０の両側に設けられている。力感知部材５８は一端がハウ ジング５２に取付けられ、他端が渭６０の底にて保証針り５０に取付けられてい る。同様な具合に、力感知部材６２は一端がハウジング５２に取付けられ、他端 が溝６４の頂部にて保証針り５０に取付けられている。また、第３．４図の加速 度計は、空所５３内に上下に延びていて受感軸ＳＡに沿った保証針り５０の動き を制限する衝撃停止体６６．６８を有する。

第３．４図の加速度計の作用は第２図に就いて説明した作用と同じである。受感 軸ＳＡに沿った加速度は一方の力感知部材の圧縮力と、他方の力感知部材の引張 力とに基いている。

従って、各力感知部材に関連した変換器は対向方向に出力信号の周波数を変換し 、加速度は上記の式（１）によって決めることができる。他の加速度計構成部材 に対する力感知部材の熱膨張収縮差は第３図に矢印により示される様に補正軸Ｃ Ａ周りの保証針り５０の回転に基いている０弾性ヒンジによるこの回転の抵抗は 、周波数が式（１）における如く減少されるときに周波数変換が取消されるよう になる力変換器の出力信号に同様な周波数変換を生じる。衝撃停止体空隙はこの 熱誘導される回転によって変化されない。

この発明の加速度計の第２の推奨実施例が第５．６図に示されている。この実施 例では、円形状の保証針り８０がハウジング８８の円形の空所８６内に収容され るように弾性ヒンジ８４によって支持体８２から吊下げられている。支持体８２ はハウジング８８に対して動くことが自由でないようにハウジング８８内に圧力 底めされている１弾性ヒンジ８４は受感軸ＳＡに沿った保証針り８０の上下方向 の動きを許し、保証針り８０の中実軸心に対応する補正軸ＣＡ（第６図）周りの 保証針り８０の制限された回転をまた許している。保証針り８０の上下方向の動 きは衝撃停止体９０．９２によって夫々制限される。

力感知部材９４．９６はハウジング８８と、保証針り８０の両側から夫々延びる タブ９８．１００との間に接続される。

また、これら力感知部材９４．９６は、ハウジング８８の両側を貫通して延び且 つ力感知部材を取付ける手段を設ける円形の開口１０２．１０４内に部分的に配 置されている。第５．６図の加速度計の作用は第２〜４図の加速度計の作用と同 じである。しかし、第５．６図の加速度計は保証針り８０とハウジング８８の間 の緩衝間隙１０６の幅が温度の変化するときに変化しない別の利点を有する。第 ３．４図を参照するに、保証針り５０が温度変化に応答して補正軸ＣＡ周りに回 転し、緩衝間隙７０．７２の幅が保証針り５０の幅に沿って変化することが理解 されよう、比べるに、第５．６図の加速度計においては、円形状の保証針り８０ と空所８６は、温度が変化するときに緩衝間隙の変化が起こらない加速度計に基 いている。

この発明の加速度計の第３の推奨実施例が第７．８図に示されている。この実施 例は、弾性体１１４によりフレーム１１２から吊下げられた保証針り１１０を有 する。フレーム１１２および保証針り１１０が枢支部材１１８により決められる 軸心周りに回転できるような具合に、フレーム１１２はピボット軸受や弾性体の 様な枢支部材１１８によりハウジング１１６から吊下げられている。保証針り１ １０は保証針り１１０の両側の面に各々形成された空所１２０．１２２を有する 。力感知部材１２４は空所１２０内の保証針り１１０とハウジング１１６の間に 延びている。同様な具合に、力感知部材１２６は保証針り１１０からハウジング １１６に反対方向に延びている。

第７．８図の加速度計の受感軸ＳＡは第７図の紙面に対して直角に延び、補正軸 ＣＡは枢支部材１１８により形成される枢軸に沿ってフレーム１１２および保証 針り１１０を通って延びている。加速度計は重心が補正軸ＣＡに沿って位置する ように好適に構成されている。従って、受感軸ＳＡに沿った加速度に応答して、 枢支部材１１８は受感軸ＳＡに沿った変換作動に対してフレーム１１２を支持し 、フレーム１１２に対する保証針り１１０の作動は先の実施例におけると同じ様 な具合に力感知部材１２４．１２６によって感知される。

他の加速度計部材におけるよりも異なった具合に力感知部材１２４．１２６の長 さを変へる温度変化に応答して、フレーム１１２と保証針り１１０は補正軸ＣＡ 周りに回転する。この回転が枢支部材１１８により抵抗される度合いに応じて、 力感知部材１２４．１２６が等しく負荷され、周波数差が決められるときに結果 的な周波数変化が取消しされる結果となる。

この発明の加速度計の構成は従来の加速度計に関連した多くの誤差の原因を減少 する。温度変化に基ずく誤差の減少は既に説明されている。２つの振動ビーム力 変換器の使用は、時限発生器により設けられる時間基準のドリフトに基ずく誤差 や、交差軸加速度計により生じられる誤差および加速度計が力変換器周波数を測 定する機関よりも短い期間を持った揺動入力を受けるときに起こる振動整流誤差 の様な他の共通の□　状態の誤差の原因を除去または減少する。

この発明の推奨実施例が図示説明されたが、当業者には変更が明らかなことが理 解されよう、従って、この発明は図示説明された特別な実施例に限定されるもの ではなく、この発明の真の範囲と精神が添付の請求の範囲の参照によって決めら れるべきである。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）昭和６３年　２月２２日

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジング、保証錘り、ハウジングに対して保証錘りを取付ける支持装置、 受感軸に沿った加速度が一方の力変換器における圧縮力と他方の力変換器におけ る引張力とに起因し且つ力変換器および他の加速度計部材間の熱膨張収縮差が受 感軸に直角な補正軸周りの保証錘りの回転に起因するように保証錘りおよびハウ ジング間を連結する第１、２の力変換器を備えた、受感軸に沿った加速度を測定 する加速度計。
2. ２．力変換器が各接続点で保証鍾りに連結されて且つ受感軸に平行に反対方向に 各接続点から延びている請求の範囲第１項記載の加速度計。
3. ３．接続点が補正軸の両側に間隔を置いて離れた位置に配置されている請求の範 囲第２項記載の加速度計。
4. ４．各力変換器は、与えられた温度変化にて熱膨張係数が温度変化により分けら れる接続点にて力変換器の位置の変化に等しく、各力変換器において力変換器接 続点と補正軸間の間隔により分けられる熱膨張係数が他の力変換器の同じ熱膨張 係数に等しいように熱膨張係数によって特徴付けられた請求の範囲第３項記載の 加速度計。
5. ５．第１力変換器の長さが第２力変換器の長さと異なっている請求の範囲第４項 記載の加速度計。
6. ６．各力変換器は、受感軸に沿った力変換器に作用する与えられた力にて剛性が 力変換器の長さの結果的な変化により分けられる力の大きさに等しく、力変換器 接続点と補正軸周の間隔により増大される各力変換器の剛性の形成が他の力変換 器の同一形成剛性に等しいように剛性によって特徴付けられた請求の範囲第３項 記載の加速度計。
7. ７．各力変換器は、振動ビームカ変換器を形成するよう適宜な駆動回路に夫々連 結された石英結晶を有している請求の範囲第１項記載の加速度計。
8. ８．支持装置は保証錘りとハウジング間に取付けられた弾性装置を有し、該弾性 装置は受感軸と補正軸に直角なヒンジ軸周りのハウジングに対する保証錘りの回 転を許す請求の範囲第１項記載の加速度計。
9. ９．力変換器は各接続点にて保証錘りに接続され且つ各接続点から受感軸と平行 に対向方向に延び、接続点が補正軸の両側の間隔を置いて離れた位置に配置され ている請求の範囲第８項記載の加速度計。
10. １０．保証錘りは形状が矩形で、保証錘りの一辺が受感軸に平行で他の辺が補正 軸に平行である請求の範囲第９項記載の加速度計。
11. １１．保証錘りは形状が円形で、円形の保証錘りの軸が補正軸と一致している請 求の範囲第９項記載の加速度計。
12. １２．支持装置は補正軸周りに回転すべくハウジングに枢着されたフレームを有 し、弾性装置は保証錘りとフレーム間に延びていて受感軸と補正軸に直角なヒン ジ軸周りにフレームに対する保証錘りの回転を許している請求の範囲第１項記載 の加速度計。
13. １３．力変換器は各接続点で保証錘りに連結され且つ各接続点から対向方向に受 感軸と平行に延び、接続点は補正軸の両側に間隔を置いて離れた位置に配置され ている請求の範囲第１２項記載の加速度計。