KR100432190B1

KR100432190B1 - 일체형가속도계변환기및가속도계

Info

Publication number: KR100432190B1
Application number: KR10-1998-0701652A
Authority: KR
Inventors: 트라옹 올리비에 르; 드니 쟈니오; 세르쥬 뮐레
Original assignee: 오엔에에르아(오피스 나씨오날 데뛰드 에 드 흐쉐르쉬 아에로스빠씨알르)
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 2004-08-18
Also published as: CN1197513A; KR19990044408A; ES2140134T3; FR2739190B1; CA2233374A1; EA000375B1; CN1075891C; GR3032773T3; FR2739190A1; UA42849C2; AU7134296A; CA2233374C; EP0852726B1; EA199800338A1; IL123418A; EP0852726A1; IL123418A0; JP3982564B2; JPH11512816A; DE69605680T2

Abstract

일체형 가속도계의 변화기는 고정부, 두 이동부 그리고 양 단부가 상기 이동부에 고정된 공명기를 포함하고, 상기 이동부의 주위에 플랙시블 프레임, 상기 프레임을 두 이동부와 상기 고정부에 연결하는 연결수단을 포함한다.

상기 프레임은 상기 공명기의 진동에 의해 영향을 받지 않도록 하는 상기 공명기와 고정부사이의 역학적 필터(filter)를 제공한다.

상기 공명기의 특성 계수 Q는 낮아지지 않고 상기 변환기에 의한 측정은 더 정밀해진다.

차동 출력 가속도계에서, 상기 변환기의 위치는 상기 공명기에 평행한 축 주위를 180°회전하는 다른 동일한 변환기의 위치에 의해 추론 되고, 상기 공명기들은 다 같이 상기 변환기의 고정부에 고정된다.

Description

일체형 가속도계 변환기 및 가속도계

변환기는 차동 출력 가속도계에 사용되는 것으로, 본 발명에서는 특히, 지상 차량의 현가장치와 미사일을 가이드하는 항공기와 헬리콥터의 운행에 사용될 수 있는 저 비용의 소규모 가속도계 변환기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 공진기의 공명체는 휘어질 수 있거나 비틀리는 압전기 재료의 진동 블레이드(blade)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 블레이드의 진동 주파수는, 관성체로 구성되는 유동 매스부가 가속을 받게 될 때 상기 블레이드에 수직으로 가해지는 인장력 또는 압축력에 대단히 민감하게 반응한다.

상기 블레이드의 신장이나 압축은 전극에 의해 포착되는 전기적신호로 변환되는데 상기 전극은 오실레이터(oscillator) 회로에 연결되고 진동 블레이드에 의해 지지된다.

신호는 오실레이터 회로의 출력, 가속되는 대상을 나타내는 신호의 주파수로나타난다.

전압과 같은 아날로그 출력을 나타내는 종래의 가속도 센서에 비하여 주파수 출력을 나타내는 가속도계는, 주파수가 즉시 디지털 형식으로 표시되기 때문에 전위적으로 더욱 큰 성능을 가지는 잇점이 있다.

또 다른 중요한 점은 화학적 가공으로 비교적 저렴하게 제작되는 소규모 가속도계를 사용할 수 있고, 일반적으로 비 일체형 변환기의 부품을 조립하는 공정이 상당히 어렵기 때문에 쉽게 제작될 수 있는 일체형 변환기라는 점이다.

일체형 변환기를 제작하기 위해 가장 빈번하게 사용되는 물질은 역학적 특성이 높은 안정성을 갖는 석영과 실리콘이다.

본 출원인의 프랑스 특허출원 제 2,685,964에 상세히 서술된 바와 같이 도 1에서 도시된 가속도계의 몸체( CA' )는 일체형이고 석영과 같은 압전기 수정(piezoelectric crystals)의 화학적 가공으로 얻어진다.

상기 가속도계의 몸체( CA' )는 일반적으로 평행육면체형이고 베이스(ba)에 고정된 고정체(1), 유동 매스부(2), 두 진동 블레이드(3₁, 3₂) 그리고 두 변형가능한 힌지(44₁, 44₂)를 포함한다.

상기 가속도계의 몸체(CA' )는 세로 중심축 (z' z) 에 대하여 대칭이다.

상기 블레이드(3₁)는 작은 직각 교차섹션과 양극성을 갖는 두 금속 전극(34₁, 34₂) 에 의해 압전기적으로 여기되는 굴절 진동을 가지는 빔(beam)이다.

이들 전극은 블레이드의 외부 세로면에 사진석판인쇄공정(photolithographicprocess)에 의해 인쇄되고 두 전도선(39₁, 39₂)에 의한 오실레이터 회로(5₁)의 두 첫 단자에 연결된 두 전도 플레이트(33₁, 33₂)의 내부에서 고정부(1)의 일치면(F1)을 차단한다.

블레이드(3₂), 고정부(1)의 반대면(F2), 그리고 제 2 오실레이터 회로(5₂)에서도 전극과 플레이트가 동일하게 배치되어 있다.

상기 오실레이터 회로(5₁, 5₂)의 출력단은, 주파수 공제회로(6)와 주파수 측정기(7)를 포함하는 주파수 차 측정장치에 연결되어 있고, 주파수(f1-f2)는 측정된 가속을 나타내는 주파수 측정기(7)에 의해 측정된다.

선행기술의 가속도계(CA' )의 역학적설계에 따라, 두 힌지(44₁, 44₂)는, 반응범위(DS) 내에서 두 몸체의 중간면(pm)에 수직하도록 휘어질 수 있다.

만약 가속도계가, 상기 반응범위(DS)에서 블레이드(3₁, 3₂)가 늘어나고 수축되는 가속도에 따른다면, 가속도에 대해 반대방향으로 작용하는 축방향힘에 좌우되고 가속도에 비례하게 된다.

만약, 두 블레이드가 같은 정도의 동등한 주파수 진동을 한다면, 두 블레이드에 대하여 역 주파수 진동을 일으킨다.

한편, 온도와 같은 가 입력(spurious input)량은 일반적으로 두 블레이드에서 보통 모드 효과를 가지고 같은 부호의 주파수 진동을 일으킨다.

상기 차동출력(f1-f2)에 대한 이익은 상기 차동출력이 반응범위(DS)에서의가속도와 다른 입력량을 줄여주는 것이다.

특별한 계단형상으로 된 힌지(44₁, 44₂)는 한 단계에서 몸체(CA' )의 화학적 가공시, 변환기 몸체의 두 면(F1, F2)으로 부터 플레이트(pm)까지가 평행하도록 같은 깊이로 가공하게 한다.

선행기술에 따른 가속도계(CA' )의 설계는, 불편함을 가지는데, 특별히 두 블레이드(3₁, 3₂)의 진동에 대해서는, 먼저, 두 블레이드(3₁, 3₂)가 조립되는 고정체(1)에서 두 블레이드의 진동에 따라 발생되는 전단응력과 휨 모멘트와 같은 역학적 부하로 인하여 베이스(ba)로 향한 진동 역학에너지가 누출될 수 있다.

이것은 각 블레이드(3₁, 3₂)의 진동 특성 계수(Q)를 감소시킨다.

둘째로, 상기 블레이드들이 조립되어 진동이 발생된 유동 매스부에서는, 상기 블레이드(3₁, 3₂)의 진동과 동일한 주파수에서 진동으로 인하여 상기 유동 매스부의 위치가 다소 벗어나게 된다.

이것은 진동하는 블레이드 들을 방해하는 기계적 연결이 발생하게 한다.

상기와 같은 두 결점은 측정된 차동 주파수(f1-f2)와 거기서 추산된 가속도 값의 정확성을 해치게 된다.

도 2는 특허출원 WO 89/10568에서의 제 2 일체형 변환기를 도시하고 있다.

실리콘 박판의 화학적 가공으로 제조된 상기 제 2 변환기의 몸체는 고정부(21), 관성체(22) 그리고 열전기 수단에 여기된 세 굴절 진동 공진기(필라멘트)(23, 24 , 25)로 만들어진다.

상기 열전기 수단은 각 공진기에서 이온주입에 의해 얻어지는 열원(도면에 도시되지 않음)을 사용하는 것이다.

상기 공지기술에 따른 제 2 변환기의 작용범위는 박판면에 수직 방향이다. 상기 변환기의 출력신호는 작용범위에 수직한 가속도에 독립한 세 공진기 (23, 24, 25)의 주파수를 일차원적으로 결합한 함수이다.

상기 선행기술에 따른 제 2 변환기의 주요한 결점은 세 공진기의 진동사이의 역학적인 연결을 주게되고 이것이 변환기의 정밀도에 영향을 미친다는 것이다.

도 3은 영국특허출원 제 2,162,314에 공개된 바와 같은 실리콘은 화학공정에 의해 얻어지는 제 3 일체형 변환기의 몸체를 도시하고 있다.

상기 제 3 변환기의 몸체는 변형 가능한 박편부(15)를 가지는 지지프레임(11)과, 반대위상으로 진동하는 두 필라멘트(12)로 구성되고 양쪽으로 분기된 전환 포크(turning fork)의 형태로 된 공진기와, 지지프레임에 붙어 있는 두 기층(root)부(13, 14)로 구성되어 있다.

상기 기층부(14)는 지지프레임의 고정부(16)에 연결되어 있고 다른 기층부(13)는 관성체를 구성하는 지지프레임의 U자형상의 유동 매스부(17)에 연결되어 있다.

상기 고정부(16)와 유동 매스부(17)는 힌지를 이루는 변형부(15)에 의해 함께 연결되어 있다.

상기 공지기술에 따른 제 3 변환기의 첫 번째 결점은 두 필라멘트(12)에서 적은 질량을 가진 유동 매스부(17)에 주어진 진동 역학에너지가 부적절하게 제한되는데 관한 것이다.

상기 공지기술에 따른 제 3 변환기의 두 번째 결점은 관성체에 있는 힌지(15)의 위치에 관한 것이다. 이것은 온도가 급속히 변함에 따라 변환기의 열역학적인 작동이 너무 일찍 이루어지는데 관한 것이다.

이 경우, 고정부(16)의 온도(θ₁)와 관성체인 유동 매스부(17)의 온도(θ₂)사이에서 차이가 나타나는데, 이것은 상기 두 부분이 공진기(12)와 힌지(15)에 의해 연결되어 있기 때문인데, 이것은 두 부분의 교차면적이 적기 때문에 열 필터(thermal filters)로 간주될 수 있기 때문이다.

그 결과 상기 공진기(12)의 평균온도는 힌지의 온도와 실질적으로 동일하고 (θ₁- θ₂)/2 와 실질적으로 동일하게 된다.

상기 필라멘트(12)와 평행한 상기 힌지(15)는 공진기의 기층부(14)와 거의 수직으로 나란하게 위치하고 따라서, U자형상의 유동 매스부(17)의 평행한 가지는 공진기의 전체길이와 실질적으로 같다.

따라서, 공진기와 지지프레임(11)의 열팽창은 동일하지 않게 되고, 가속도로 부적절하게 해석된 주파수로 진동하는 공진기에서 인장력이나 기계적인 수축이 발생하게 된다.

도 4는 프랑스 특허출원 제 2,688,954에서 공지된 적은 연료소비와 급격한 가열을 구현하기 위해 열적으로 제어된 오실레이터에 사용되는 공진기를 도시하고 있다.

상술한 다른 선행기술과는 다르게 이 공진기는 가능한한 안정적인 주파수를 가지는 신호를 전달하기 위한 것이다. 그리고 이것은 가속도에 비교적 둔감하다.

그러므로 상기 공진기의 기능은 본 발명의 변환기와는 다르다.

구조적인 관점에서, 도 4에 도시된 공진기는 중심부(R1)와 방사상으로 다소 이격되도록 중심부 주위에 링을 형성하고, 개구되어 형성된 중간부(R4)에 의해 연결되는 주변부(R2)로 구성되어 있다.

상기 주변부(R2)는 중간부의 고체부분에 의해 구성되는 연결브리지(R3)와 연결되어 있으며, 상기 연결브리지는 중간부(R4)의 단편(fraction)을 통해 연장되어 있다.

상기 중심부(R1)는 공진기의 움직이는 진동부를 구성하고 상기 주변부(R2)는 클램프와 같은 결합된 고정수단(R5)에 의해 둘러싸여 움직이지 않게 되어 있다. 상기 클램프는 활동적인 중심부(R1)에 연결된 단상연결브리지(R3)의 반대쪽에 있으며 주변부 부근에 위치한다.

단상연결브리지를 가지는 상기 실시예에서는 연결브리지(R3)와 같은 높이에서 열원(R6)과 온도센서(R7)에 의해 전도된 열의 흐름을 전달하고 공진기의 온도를 잘 조절할 수 있도록 한다.

상기 활동적인 중심부(R1)는 10 MHz로 정렬된 주파수에서 두께 방향으로 쏠려 진동한다.

상기 진동역학에너지는 최소한 중심부의 두 주요면의 하나의 요철형상 때문에 중심부에 갇히게 된다.

본 발명은 고정부, 유동 매스부, 그리고 양 단부의 한쪽이 상기 유동 매스부에 고정된 공진기로 구성된 일체형 가속도계 변환기 및 이를 포함하는 가속도계에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 후술하는 도면에 의해 뒷받침되는 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 나타날 것이다.

도 1, 2 그리고 3은 상기 선행기술에 따른 일체형 가속 변환기의 사시도.

도 4는 상기 선행기술에 따른 공진기의 평면도.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예를 구성하는 가속변환기의 사시도.

도 6A와 6B는 도 5로부터 변환기의 공진기가 각각 굴절진동과 비틀림 진동을 받을 때, 변환기의 자리이탈을 과장하여 도시한 정면도와 사시도.

도 7A, 7B, 그리고 7C는 가속에 따라 발생된 역학적 부하를 3차원적으로 도시하는 도 5에서 도시된 유동 매스부와 변환기의 공진기의 사시도.

도 8A, 8B, 그리고 8C는 변환기를 역학적으로 보강한 본 발명의 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 8D는 크기를 줄인 본 발명의 다른 실시예를 구성하는 가속변환기의 사시도.

도 8E는 굴절 진동하는 공진기에서 진동유발수단을 가진 본 발명의 또 다른 실시예를 구성하는 사시도.

도 9는 주파수 측정수단과 결합하여 도 8E와 실질적으로 동일한 두 개의 변환기를 구성하는 본 발명에 따른 차동 가속기의 사시도.

도 10은 한 몸체내부에 두 개의 변환기와 물질의 동일평면의 가공에 의해 얻어지는 본 발명의 다른 실시예를 구성하는 차동가속기의 사시도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

TA: 변환기 BA: 베이스

1: 고정부 2: 제 1 유동 매스부

3: 공진기 4: 제 2 유동 매스부

5: 플렉시블 프레임 6,6e: 제 1 연결수단

7,7e: 제 2 연결수단 31e,32e: 전극

51,52,53,54: 섹션 81,82: 블레이드

본 발명의 주요목적은 앞에서 정의된 바와 같이, 특히, 차동 가속도계를 위하여, 공진기에서 부터 변환기의 고정부까지의 진동역학에너지의 누출을 피하는 기하학적구조를 가지는 일체형 변환기를 제공함으로써 상기 공지기술에 따른 결함을 해소하고는 데 있다.

본 발명에서는 가속도계의 정밀성을 향상시키기 위하여 공명의 특성계수 Q는 낮아지지 않으며 다른 아날로그 공진기를 가진 역학적 이음은 제거된다.

따라서, 본 발명에 따른 변환기는, 공진기의 타측일단에 연결된 제 2 유동 매스부, 두 유동 매스부 주위의 변형가능한 속이빈(hollow) 프레임, 제 2 유동 매스부에 상기 프레임을 연결하는 제 1 연결수단, 그리고, 고정부에 상기 프레임을 연결하는 제 2 연결수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 프레임의 유연성과 상기 프레임 내에서의 두 유동 매스부의 위치는, 공진기와 변환기사이에 역학적 필터를 제공하는 것이다. 상기 역학적 필터는 실제적으로 공진기로부터 진동이 전달되지 않는 고정된 부분이다.

따라서, 사실상 공진기의 진동특성계수 Q는 저하되지 않고 변환기에 의한 측정은 더욱더 정밀해 진다.

바람직한 실시예에 따르면, 속이빈(hollow) 플렉시블 프레임은 직각이고 실질적으로 공진기에 평행한 두 섹션과, 실질적으로 공진기에 대해 수직이며, 제 1 및 제 2 연결수단에 의해 각각 제 2 유동 매스부와 고정부에 연결되는 다른 두 섹션을 포함한다.

상기 제 1 연결수단은 제 2 유동 매스부의 폭보다 작은 폭을 가지고, 상기 제 2 연결수단의 폭은 상기 다른 섹션의 길이보다 작다. 길이방향에서의 상기 다른 섹션의 폭은 바람직하게는 상기 프레임섹션과 같이 크기 순서로 교차섹션을 갖는 연결수단 중 최소한 하나이다.

상기 역학적 필터의 최대의 효과를 얻기 위하여, 바람직하게는, 상기 두 유동 매스부, 공진기, 플렉시블 프레임 그리고 두 연결수단은, 상기 프레임의 평면에 수직한 대칭의 공통평면과 각각 프레임과 대칭면의 교차부에 위치하는 두 연결수단을 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 변환기의 일체형 몸체는 각각 일단이 두 유동 매스부에 연결되고 공진기의 양 측면에 각각 배치된 두 동일면상의 블레이드를 갖는다.

상기 블레이드들은 변환기를 역학적으로 튼튼하게 하기 위하여 실질적으로 공진기보다 짧은 길이를 가질 수도 있다.

상기 블레이드들은, 원하지 않은 역학적 응력을 유발하는 온도의 급격한 변화를 막기 위하여 실질적으로 공진기의 중간에 위치한다.

일정한 두께를 갖는 물질의 평면으로부터, 한 단계에서 변환기의 일체형 몸체를 화학적으로 가공하기 위하여, 상기 블레이드는 상기 평면의 다른면과 동일면상에 있다.(즉, 유동 매스부와 최소한 공통면), 상기 공진기는 상기 평면의 다른면과 동일면상에 있다.(즉, 최소한 유동 매스부와 공통되는 다른면), 그리고 상기 블레이드와 공진기는 유동 매스부의 두께방향으로 동일한 폭을 가진다.

상기 고정부는 변환기의 크기를 줄이기 위하여 상기 프레임 옆에 있을 수도 있다.

본 발명은 역시 본 발명에 따른 두 가속변환기를 구성하는 차동 출력형식의 가속기에 관한 것이다.

베이스의 동일면상에 함께 고정된 두 변환기의 고정부가 되는 상기 제 2 변환기의 위치는, 제 1 변환기의 공진기의 일단을 통과하여 지나가는 축에 평행한 축주위를 180°각도로 회전하는 제 1 변환기의 위치로부터 연역될 수 있다.

제 1 바람직한 실시예에 따르면, 상기 변환기는 상기 각 변환기의 유동 매스부의 동일평면에 평행한 평면 주위에서 각각 대칭이다.

제 2 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유동 매스부, 프레임 그리고 변환기의 고정부는 동일한 평면을 가진다. 바람직하게는, 상기 변환기가 동일평면에 평행한 주위의 축에 각각 대칭인 변환기이다.

도 5에 언급한 본 발명의 가속 변환기(TA)는 본질적으로 고정부(1), 관성체를 구성하는 제 1 유동 매스부(2)와 반응수단을 구성하는 공진기(3)와 제 2 유동 매스부(4), 속이빈(hollow) 플렉시블 프레임(5) 그리고 두 연결수단(6,7)을 포함한다.

도 5에 도시된 실시예에서, 상기 변환기(TA)는 동일한 두께 E, 폭 L, 그리고 높이 H1+H2+H3 를 갖는 석영 또는 실리콘과 같은 물질의 단일 평면으로부터 가공된 일체형 몸체로 구성된다.

상기 변환기(TA)는 중심 세로축 Z' Z에서 높이방향을 따라 수직으로 연장된 일반적인 평행육면체의 형상을 가진다.

상기 축 Z' Z는 상기 후자의 변환기의 평면에 평행면의 중간면(PM)과 상기 플레이트의 평면에 대해 수직인 평면(PS)에 놓여있다.

상기 평면(PS)은 상기 변환기와 대칭인 평면이다.

상기 고정부(1)는 변환기 몸체의 세로 일단에 배치된 평행육면체 형상의 블록으로 구성되고, 케이스 베이스(BA)에 의해 도면에 도시되지 않은 엔진의 구조에 결합된다. 상기 고정부(1)는 이를테면 접착제 같은 것으로 상기 베이스(BA)에 고정된다.

상기 유동 매스부(2, 4)는 일반적으로 각각 변환기의 중심세로축 Z' Z에 평행하도록 배치되고 두 평행한 가지를 가진 U자 형상으로 이루어진다.

상기 U자형상의 유동 매스부(2, 4)의 중심은 축 Z' Z에 수직이고 각각 접하고 있으며, 상기 제 1 유동 매스부(2)는 제 2 유동 매스부(4)보다 고정부(1)에 더근접해 있다.

상기 실시예에서 보여지는 것 처럼, 공진기(3)는 축 Z' Z에 평행한 길이 H3을 가지는 평행육면체상의 블레이드이고, 각각 변환기(TA)의 두께E와 폭L과 같은 방향에서, 비교적 적은 두께 E와 폭 L3을 가지는 것을 특징으로 하는 직각의 교차 섹션이다.

상기 공진기(3)의 양 단부는 각각 유동 매스부(2, 4)에 연결되어 있고 상기 유동 매스부의 중심평면에 접하도록 위치해 있다.

상기 몸체의 외부로 접한 공진기(3)의 일측은 상기 변환기의 부분(1,2,4)의 일치하는 큰 평면과 동일평면상에 있고 따라서 물질(material)의 평면과 일치하는 면상에 있다.

상기 공진기(3)는 도면에 도시되지 않은 전극을 가지는데 이것은 공명주파수에서 진동하고, 오실레이터에 연결되어 회로의 주파수를 측정하기 위해 결합되어 있다.

이러한 진동이 관성체로 구성된 상기 제 1 유동 매스부(2)가 가속을 받을때, 공진기에 세로로 가해진 인장력 또는 압축력에 따른 주파수에 상당히 민감하기 때문에 상기 공진기(3)는 굴절 또는 비틀림 진동을 하게 된다.

상기 공진기(3)는 상기 도 5에서 도시된 실시예의 평행육면체 형상의 블레이드와는 다른 구조를 가질 수 있다.

예를 들면, 상기 공진기(3)는 미국 특허 제 4,215,570 호와 4,594,898 호에 의해 공지된 바와 같이 둘 또는 세 개의 블레이드를 가진 이중 전환 포크 형식이될 수도 있다.

공진기를 진동하게 하는 전극에 관해서는, 변환기의 일체형 몸체를 구성하는 물질의 성질에 따라 다양한 구조가 가능하다.

석영과 같이 압전기 재료인 경우에는 예를들면, 본 출원인의 프랑스 특허 제 2,685,964 호에 의해 공지된 바와 같은 둘 또는 세 개의 전도성 스트립(strip)을 갖는 전극의 형태를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 정전효과에 바탕을 둔 다른 진동수단이 사용될 수도 있다.

진동시키기 위한 상기 공진기(3)와 전극에 관련하여, 상기와 같은 진동과 더 일반적으로는 균등론을 구성하는 다른 어떤 것도 본 특허출원의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

상기 도 5에 도시된 실시예에서, 플렉시블 프레임(5)은 정면이 직사각형으로 이루어졌고 평행육면체 형상의 섹션(51, 52, 53, 54) 이 네 측면을 이루고 있다.

상기 섹션(51, 52)의 길이 H5는 축 Z' Z에 평행하고 상기 섹션(51, 52)의 직각교차 섹션은 변환기(TA)의 폭 L 과 두께 E 의 방향에서 각각 공통된 두께 L51과 공통된 폭 E에 의해 정의될 수 있다.

상기 섹션(53, 54)은 변환기(TA)의 폭 L 의 방향에서 같은 길이 L을 갖는다.

상기 섹션(53)은 고정부(1)가 배치된 곳의 반대쪽의 변확기의 세로 일단에 위치하고, 상기 섹션(54)은 고정부(1)와 제 1 유동 매스부(2)의 중심부사이에 배치된다.

상기 섹션(53)과 섹션(54)의 직각교차섹션은, 축 Z' Z에 평행한 두께 H53과H54 과 변환기의 두께 E의 방향으로 공통된 폭 E에 이해 정의될 수 있다.

상기 유동 매스부들(2,4)을 둘러싸고 있는 상기 플렉시블 프레임(5)은 제 1 연결수단(6)에 의해 제 2 유동 매스부(4)에 연결되어 있고, 제 2 연결수단(7)에 의해 고정부(1)에 연결되어 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, 상기 제 1 연결수단(6)은 상기 축 Z' Z의 방향에서 각각 폭 H6, L6, 그리고 E를 갖는 평행육면체의 형상으로 구성된다.

상기 제 1 연결수단(6)은 상기 프레임(5)의 섹션(53)과 제 2 유동 매스부(4)에 결합되어 있다.

상기 제 2 연결수단(7)은 축 Z' Z의 방향으로 각각 폭 H6, L6, E를 갖는 평행육면체 형상의 블록, 폭 L, 그리고 변환기(TA)의 두께 E로 이루어진다.

상기 제 2 연결수단(7)은 프레임(5)의 섹션(54)과 고정부(1)에 결합되어 있다.

상기 평면 PM과 PS는 연결수단(6,7)에 각각 대칭인 평면이다.

상기 변환기(TA)의 일체형 몸체는 역시 공진기(3)의 일측에 배치된 두 동일 평면상의 평행육면체 형상의 블레이드들(81, 82)을 포함한다.

각각의 블레이드들(81,82)은 각각 양 끝단이 제 1 유동 매스부(2)와 제 2 유동 매스부(4)에 연결되어 있다.

축 Z' Z에 평행한 상기 블레이드들(81,82)의 길이 H8은 실질적으로 공진기의 길이보다 짧다. 이것은 변환기(TA)를 역학적으로 튼튼하게 할 목적으로 블레이드를 견고하게 만든 것이다.

축 Z' Z에 평행한 상기 블레이드들(81,82)은, U자형상의 유동 매스부(2,4)가 사실상 축 Z' Z에 평행하고 동일한 길이를 가지는 가지를 가지게 하기 위하여, 실질적으로 공진기(3)의 길이 H3의 중간부분에 위치한다.

상기와 같은 블레이드들의 위치선정은 상기 공진기가 변환기(TA)의 온도가 일정하지 않을 때, 즉, 케이스 베이스(BA)의 온도가 급격히 변화할 때와 같이, 예기치 않은 역학적 응력을 받지 않도록 한다.

상기와 같은 경우, 유동 매스부(2,4)의 온도와, 블레이드들(81,81)과 실질적으로 같고 두 유동 매스부의 평균온도와 사실상 같은 값을 가지는 공진기의 평균온도 사이에서 차이가 일어난다.

만약 블레이드들이 실질적으로 공진기(3)의 길이 H3의 중간에 위치하지 않는다면, 공진기, 블레이드들, 그리고 유동 매스부의 축 Z' Z를 따른 열팽창이 균일하게 일어나지 않을 것이다.

이것은 인장력 때문이거나, 가속도로서 부적절하게 해석된 일치 주파수 진동을 가진 공진기에서 발생하는 압축 역학 응력 때문일 것이다.

본 발명에 따라 사기 공진기의 길이 H3의 중간부분에 실질적으로 블레이드들을 위치시키는 것은 상기와 같은 결함을 해소하게 된다.

도 5에 도시된 실시예에서 상기 변환기의 몸체 외부와 마주대하는 블레이드들(81,82)의 평면은 유동 매스부(2,4)와 동일면상에 있고, 상기 플레이트의 타측면과 동일면상에 있는 몸체의 외부와 마주 대하는 공진기(3)의 측면에 있다.

상기 블레이드들(81,82)는, 공진기의 두께 E3과 동일 평면의 두께 E의 방향으로 두께 E8을 가진다.

또한, 상기 공진기와 블레이드들의 두께 E3 = E8은 상기 플레이트의 두께 E의 1/2보다 적다. 상기 두께 E3 = E8은 일반적으로 E/20 과 E/4 사이의 값이다.

상기 공진기와 블레이드의 형상과 폭은 변환기(TA)의 일체형 몸체를 제조하기 위한 단일 공정에서 화학적 공정을 가능하게 한다.

마지막 단계와 화학적공정 이전에 물질의 두 평면은 각각 변환기의 평면모형과 같은 기하학적 모형을 가지는 마스크에 의해 보호된다.

따라서, 고정부(1)와 유동 매스부(2,4), 플렉시블 프레임(5) 및 연결수단(6,7)은 양쪽면에서 보호되고, 공진기(3)과 블레이드들(81,82)은 오직 변환기의 몸체의 외부를 향한 면만이 보호된다.

화학적 공정은 그후 플레이트의 측면으로부터 에칭깊이(E-E3)에 동시에 영향을 미친다.

E3가 E/2보다 적기 때문에, 에칭깊이(E-E3)는 E/2보다 크고 따라서 플레이트의 양쪽면으로부터 에칭된 위치까지 가공되기 위해 적절한 물질이 제거된다.

상기 변환기의 동작은, 제 2 유동 매스부(4), 플렉시블 프레임(5) 그리고 연결수단(6,7)의 특정한 배치의 잇점을 도시하는 도 6A와 6B 와, 변환기의 가속시 세공간적요소에 따를 때 제 1 유동 매스부(2), 공진기(3), 그리고 변환기의 블레이드(81,82)의 기계적 동작을 도시하는 도 7A, 7B, 7C와 같은 도면들에 의해 상세히 설명된다.

도 6A는 공진기(3)가 물질의 플레이트면에 평행한 굴절진동을 일으킬 때 도5로부터의 변환기(TA)의 정면도이다.

도면에서, 상기 공진기(3), 플렉시블 프레임(5) 및 연결수단(6,7)의 위치 이탈은 진동이 강해짐에 따라 일어나고 이해를 돕기 위해 과장되어 있다.

상기 진동현상의 해석은 다음과 같다.

공진기(3)가 자신의 공명 주파수에서 굴절진동하게 될 때, 공진기의 내 양단부에서, 교차하는 전단응력 R과 교대로, 플레이트 면에 평행하고 중심세로축 Z' Z에 수직인 전이의 주된 성분 δ인 위치변형이 일어날 수 있는 각각의 유동 매스부(2,4)에 교차하는 휨 모멘트 C가 적용된다.

이해하기 쉽게 그리기 위해, 유동 매스부의 위치이탈 성분 δ 는 공진기의 진동폭 Δ보다 더 크게 도시하고 있다.

실제로 δ는 유동 매스부의 질량이 공진기의 질량보다 더 크기 때문에 Δ보다 작다.

상기와 같이 교차하는 유동 매스부(2,4)의 위치이탈 성분 δ 는, 제 1 연결 수단(6)이 매개가 됨에 따라 프레임(5)의 굴절을 미소하게 확대하는 진동을 일으키는 요인이 된다.

상기 유동 매스부는 프레임의 내부에 있기 때문에, 상기 프레임에 발생한 진동은 주로 변형된 평행사변형 타입이다. 즉, 만약 유동 매스부가 프레임의 외부에 있다면, 케이스가 있을 수도 있는 것처럼, 상기 프레임의 네 섹션(51, 52, 53, 54)은 본질적으로 굴절부하에 영향을 받고 인장부하나 압축부하에 영향을 받지 않는다.

제 2 연결수단(7)을 매개로 해서 상기 프레임(5)의 변형이 번갈아 일어나기 때문에 굴절가능한 네 섹션이 있는, 상기 고정부(1)는 경미한 교차 로드를 받는다.

상기 고정부에 의해 전달된 교차하는 부하는 대체로 각자의 크기가, 공진기에 의해 유동 매스부(2,4)에 각각 적용되는 휨 모멘트와 전단응력보다 상당히 작은 힘r과 토크c이다.

예를 들어 각각의 로드 R 과 C 보다 적은 수백번의 부하r과c가 얻어진다.

따라서, 프레임의 변형가능성과 프레임 내부에 있는 두 유동 매스부(2,4)의 배치는 상기 공진기(3)와 변환기의 고정부(1)사이에서 프레임(5)과 변환기의 고정부(1)사이에 역학적 필터가 있는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 고정부는 공진기의 진동에 거의 영향을 미치지 않는다.

따라서, 사실상, 공진기의 특성계수 Q와 변환기에 의해 측정된 정밀도는 향상된다.

도 6A에 언급된 이음수단(6,7)은 교차하게 되고 원칙적으로 물질의 평면에 평행하도록 굴곡 변형된다.

이것은 축 Z' Z를 가로지르는 연결수단(6,7)의 직각으로 교차하는 섹션들(L6.E, L7.E)과 상기 프레임의 네 개의 섹션(51,52,53,54)과 직각으로 교차하는 섹션들(L51.E) (L53.E) (H54.E) 때문이다.

결과적으로 연결수단(6,7)은 프레임의 유연성보다는 덜하지만 공진기의 진동을 역학적으로 필터링할 수 있도록 하는 유연성을 가진다.

상기와 같이 교대로 일어나는 위치이탈과 변형이 변환기에서 작동하는 주요한 진동현상을 구성하며 도 6A에는 상기 위치이탈과 변형의 범위가 도시되어 있다.

실제로, 상기 위치이탈과 변형은 중심세로축 Z' Z 주위에 교대로 일어나는 유동 매스부(2,4)의 회전과 같은 낮은 범위의 다른 진동현상과 공존한다.

상기와 같이 교대로 일어나는 유동 매스부의 회전은 공진기(3)의 굴절진동 때문이며, 진동이 발생하는 중간면이 유동 매스부(2,4)의 관성 중심축인 축 Z' Z를 통과하지 않는다는 현상 때문이다.

교대로 일어나는 유동 매스부의 회전은 상기 축 Z' Z주위에 상기 플렉시블 프레임(5)이 교차하는 비틀림을 일으키고, 상기 프레임의 비틀림 굴절에 따라 상기 축 Z' Z주위로 매우 낮게 교차하는 토크가 고정부(1)에 전해지도록 한다.

상기와 같은 매우 낮은 토크는 공진기의 진동을 역학적으로 필터링하는 것에 거의 영향을 미치지 않는다.

비틀림 진동을 하는 공진기에 관련된 비틀림의 양상에 관해서는 자세하게 후술될 것이다.

더욱 일반적으로, 상기 프레임(5)의 유연성 때문에, 상기 연결수단이 제 1 연결수단(6)에서 유동 매스부(2,4)에 의해 가해진 대부분의 교차하는 역학적 부하를 제거한다.

그럼에도 불구하고 더 효과적인 역학적 필터링을 위해서는, 도 5에서 보여진 것과 같이, 축 Z' Z를 통과하고 물질면에 대해 수직으로 대칭인 동일한 평면(ps)을 가지는 플렉시블 프레임(5)과 연결수단(6,7)이 유동 매스부(2,4)와 공진기(3)를 위하여 더 바람직하다.

상기한 바와 다른 형태에서는, 고의적인 선택으로, 또는 제조상의 결함으로, 고정부(1)을 통하여 전달되는 교차하는 역학적 부하가 대칭으로 실행되는 것 보다 더 크지만, 일반적으로 공진기에 의해 각각의 유동 매스부(2,4)에 적용된 더 낮게 교차하는 부하(R,C)의 크기보다 더 실제로 낮은지 간에 상관없이 상기와 같은 대칭이 존재하지 않는다.

이것은 역학적 필터링의 효과가 상대적으로 제조의 결함에 영향을 받지않고 본 발명에 따른 변환기를 낮은 비용으로 제조할 수 있다는 것을 보여준다.

도 5에서 도시된 상기 변환기의 실시예는 평면(PS)내에서, 즉, 물질의 플레이트면을 가로질러 굴절 진동하는 공진기(3)에도 똑같이 적용될 수 있다.

이런 경우, 공진기에 의해 유동 매스부(2,4)로 적용된 교차하는 역학적 부하는 평면(PS)에 평행하며, 따라서, 상기 유동 매스부는 작게 교차하며 위치이탈 된다. 이때 상기 위치 이탈은 주요 성분은 물질의 플레이트 면에 수직하게 전이하는 힘이다.

상기 제 1 연결수단(6)의 매개에 따라, 상기 유동 매스부가 작게 교차하며 변형되기 때문에, 상기 플렉시블 프레임(5)이 적은 범위로 교차하며 변형되고, 섹션(51,52)이 대체로 상기 평면(PS)에 평행하게 구부러지며, 섹션(53,54)의 중심 세로축 주위가 비틀림을 받아 대체로 변형되게 된다.

상기 프레임(5)이 제 2 연결수단(7)을 매개에 따라 교대로 변형되기 때문에 굴절가능하고 비틀림에 의해 구부러질 수도 있는 상기 네 개의 섹션(51,52,53,54)과 상기 고정부(1)는 오직 작게 교차하는 부하를 받는다.

상기 고정부(1)에 의해 가해지는 교차하는 부하의 크기는 공진기(3)에 의해 유동 매스부(2,4)에 적용되는 부하보다 더 적다.

따라서, 물질의 플레이트 면에 평행한 굴절진동되는 공진기와 같이, 상기 고정부(1)는 매우 적은 영향을 공진기로부터 받는다. 이것은, 이때 특성계수 Q가 사실상 감소하지 않기 때문이다.

도 6B는 상기 공진기(3)가 축 Z' Z에 평행한 중심 세로축 주위에서 굴절진동을 받을 때, 도 5에 따른 변환기(TA)의 사시도이다.

도 6A에서와 같이, 진동폭에 일치하고 과장된 상기 공진기(3), 플렉시블 프레임(5) 그리고 연결수단(6, 7)의 변형은 도면을 더 이해하기 쉽게 할 것이다.

공진기(3)가 적용되는 공명주파수에서 비틀림 진동을 받을 때, 공진기의 접속된 단부에서, 상기 유동 매스부의 관성의 주축이되는 Z' Z 주위를 회전하도록 주요소 ω인 위치이탈이 교대로 일어남에 따라 각각의 유동 매스부(2,4)에는 교차하는 토크 T가 적용된다.

도면의 이해를 돕기 위해, 유동 매스부의 회전 ω는 공진기의 비틀림 진동의 범위 Ω만큼 크게 보여진다.

실제로는, 유동 매스부의 회전 관성이 공진기의 비틀림 관성보다 작기 때문에, ω는 Ω다 상당히 작다.

제 1 연결수단(6)의 매개에 따라, 축 Z' Z주위의 유동 매스부의 회전 ω가 작기 때문에, 플랙시블 프레임(5)에 가해진 진동 범위가 낮아지고, 상기 플랙시블 프레임이 축주위의 비틀림에 의해 변형된다.

상기 프레임이 비틀려 변형된다는 것은, 상기 프레임의 각각의 섹션(51,52,53,54)에서 중심세로축 주위가 비틀림 변형되는 것과 물질의 플레이트 면에 수직인 굴절 변형되는 것을 포함한다.

제 2 연결수단(7)을 경유하여 프레임(5)이 교대로 변형되기 때문에, 상기 비틀림과 굴절에 유연성을 갖는 네 개의 섹션과 상기 고정부(1)는 매우 적게 교차하는 부하를 받는다.

고정부에서 가해지는 교차하는 부하는 주로 공진기(3)에 의해 각각의 유동 매스부(2,3)에 적용되는 토크 T 보다 상당히 적은 크기의 토크인 t가 된다.

그러므로, 상기 고정부(1)는 공진기의 진동에 거의 영향을 받지 않으며, 실제로 특성계수 Q가 거의 감소되지 않는다.

도 6B에 언급된 연결수단(6,7)은 주로 축 Z' Z 주위에서 비틀려 교대로 변형된다.

비록 플렉시블 프레임보다는 미미하지만, 상기 커플링 수단의 유연성으로 인해 상기 공진기의 진동이 효과적으로 역학적 필터링 된다.

굴절 진동하는 공진기와 같은 방법으로, 유동 매스부(2,4), 공진기(3), 플렉시블 프레임(5), 그리고 연결수단(6,7)이 도 5에서 도시된 바와 같이 대칭면(PS)과 같은 평면을 갖는 것이 바람직한데, 이것은 비틀림 진동의 역학적 필터링이 가능한한 효과적이기 때문이다.

플랙시블 프레임(5) 덕택에, 공진기의 공명주파수(수 십 kHz)에서 고정부(1)를 향한 에너지의 손실이 굴절진동 일 때에도 비틀림 진동일 때 만큼 감소된다.

그러나 상기 변환기의 역학적 힘은 작업 주파수 대역(D.C로 부터 수백 kHz에 이르기 까지)에서 감소되지 않는다.

도 7A,7B,7C는 상기 도 5로부터 변환기(TA)를 분리하여 도시한 분리사시도이며, 상기 공진기(3), 블레이드(81,82), 유동 매스부(2,4)에 제한된 본 발명에서, 상기 변환기가 상기 가속도계의 각각 세 공간요소에 영향을 받을 때 공진기와 블레이드상에서 제 1 유동 매스부(2)에 의해 가해진 주요 역학적 부하를 나타내는 것이다.

상기 제 1 유동 매스부(2)에 의해 가해진 역학적 부하에 따라, 도면에 도시되지 않은 부분, 즉, 상기 고정부(1), 상기 플렉시블 프레임(5), 그리고 두 연결수단(6,7)은 실제적으로 영향을 받지 않는다. 그리고, 제 2 유동 매스부(4)는 예를 들어 베이스에 직접적으로 연결되어 있는 것으로 간주할 수 있다.

도 7A를 참조하면, 물질의 플레이트 면에 수직으로 적용되는 상기 가속도Γ1은 수직 인장력 P1을 공진기(1)에 가하고, 각각의 블레이드(81,82)에는 수직 압축력 Q1, 횡단 굴절력 그리고 횡단 굴절 토크 V1 을 가한다.

도면에 도시되지 않은 다른 역학적 부하는 공진기와 블레이드 상에서 제 1 유동 매스부(2)에 의해 가해진다. 그러나, 상기 부하들의 역할은 변환기에 필수적인 작용을 하는 것은 아니다.

상기와 같은 다른 힘들은 유동 매스부의 평형과 블레이드(81,82)의 역학적 작용을 나타내는 방정식을 푸는 것으로 얻어질 수 있다.

힘은 가속도 Γ1 에 비례하고 식

P1=[HG / (E - E)] M Γ1 과 실질적으로 같다.

여기서 HG는 축 Z' Z에 수직한 두 평면사이의 거리이며, 제 1 평면은 블레이드(81)와 블레이드(82)의 거의 중간에 있고, 제 2 평면은 상기 제 1 유동 매스부(2)와 중력 G의 중간을 가나가며 M은 제 1 유동 매스부(2)의 질량이다.

힘 P1을 위한 식에서 상기 비율 [HG / (E - E)]와 M Γ1의 승수는 예를 들어 5만큼 몇 단위로 높아질 수 있다.

상기와 같은 사실로, 힘1이, 가속도 Γ1이 방향을 바꾸었을 때 공진기상에서 세로 압축력이 되도록 힘 P1이 방향을 바꾸는 사실을 해석하는 대수식이라는 것을 알 수 있다.

공진기상에서 작용하는 인장력 또는 압축력 P1 때문에, 공명주파수 F에서 변화량 (ΔF)이 상대적으로 증가하거나 감소한다.:

여기서 k는, 수정이나 실리콘 같은 물질의 특성에 따른 공진기의 기하학적인 굴절과 비틀림에 대한, 공진기의 진동계수이다.

주파수 F에서의 변화량은 물질의 평면에 수직으로 작용하는 가속도 Γ1에 비례한다.

예를들면, 50,000Hz에서 굴절진동하는 공진기와 100g 까지 측정하기 위한 변환기에서 20Hz/g의 주파수 진동을 얻을 수 있다.

상기 변환기의 일체형 몸체의 크기는 H1+H7+H5=6mm, L=4mm, 그리고 E=0.4mm이다.

도 7B에 언급되고, 축 Z' Z에 평행하게 작용하는 가속도Γ2 는 주로 실질적으로 (1/2)M Γ2 와 같은 세로 인장력을 공진기에 적용 시키고 각 블레이드(81,82)에는 실질적으로 (1/4)M Γ2와 같은 세로 인장력을 적용시킨다.

상기와 같은 힘들은 상기 가속도 Γ2의 방향이 변할 때 방향이 변한다.

상기 가속도Γ1일 때와 같이, 공진기에 작용하는 인장력 또는 압축력 P2 때문에 공명주파수 F에서 변화량(ΔF)2가 상대적으로 증가하거나 감소한다.

상기 주파수 변화량 (ΔF)2 는 가속도 Γ1와 Γ2가 같은 크기를 가지기 때문에 일반적으로 (ΔF)1보다 적다.

그러므로, 상기의 식 (ΔF)1= 20Hz/g 에 의해 (ΔF)2= 2Hz/g를 얻을 수 있다.

도 7C에 언급되고, 변환기의 평면(PS)에 수직인 가속도 Γ3은 주로 각각의 블레이드들과 축 Z' Z에 수직인 힘 N3와 V3인 힘을 가하지만, 상기 공진기 상호간에는 인장력과 압축력을 작용하지 않으므로 사실상, 주파수 F의 주판수 변화량(ΔF)3는 없다.

가속도의 세 요소 Γ1, Γ2, Γ3에 따른 공진기의 주파수 F의 변화량을 아는 것은 본 발명에 따른 두 변환기를 결합시키기 위해 바람직하다.

제 2 변환기의 위치는, 축 Z' Z에 평행한 축 주위를 180°회전하는 제 1 변환기로의 위치에 따라 결정될 수 있고 두 변환기의 고정부는 같은 베이스에 결합된다.

두 변환기에 포함된 공진기의 진동들 사이에 역학적 연결을 제거하는 종래기술에 따른 차동가속도계와 비교하여, 본 발명에 따른 상기 두 변환기의 결합은 물질의 두 플레이트 면에 수직한 반응방향에서 차동출력 가속도계를 구성하고, 유리함을 가진다.

따라서, 상기 진동들은 서로 간섭하지 않으며, 이것은 차동 주파수 측정의 정밀성을 향상시켜 이에따라 가속도의 정밀성을 향상시킨다.

상술된 바와 같은 본 발명에 따른 두 변환기의 결합은 하기와 같이 상세히 설명될 수 있다.

도 8A,8B,8C,8D,8E는 본 발명에 따른 변환기의 다른 실시예를 도시하고 있다.

도 8A에 언급된 변환기(TAa)는 연결수단(6a)이 상기 길이 L6보다 상당히 큰폭 La의 방향에서 L6a의 길이를 갖는 다는 점에서 도 5에 도시된 변환기(Ta)와 다르다.

상기 L6a의 길이는 La의 방향에서 변환기(TAa) 유동 매스부(4a)의 길이 L4a보다 상당히 적다.

상기 실시예의 유리한 점은, 변환기(TA)의 연결수단(6a)이 견고하게 됨에 따라 변환기의 일체형 몸체가 튼튼하게 되고 공진기의 주파수 특성이 높아진다는데 있다.

상기와 같은 잇점을 방해하는 변환기(TAa)의 공진기 진동의 역학적 필터링은 변환기(TA)의 공진기(3)에서 보다는 적지만 그럼에도 불구하고, 선행기술에 따른가속도계에서 보다는 상당히 크다.

도 8b에서 도시하는 변환기(TAb)는 연결수단(7b)이 상기 변환기의 폭(Lb)보다 실질적으로 적은 폭(Lb)의 방향에서 길이 L7b를 갖는다는 점에서 도 5의 변환기(TA)와는 다르다.

상기 변환기(TA)와 비교하여, 상기 제 3 실시예의 유리한 점과 불리한 점은 상기 도8A에 도시된 변환기(TAa)와 같다.

역학적 튼튼함이 필수적 기준으로 적용됨에 있어서, 도 8C에서 도시된 변환기(TAc)를 실시하는 것은 유리하며, 두 연결수단(6c,7c)은 도 8A에 도시된 변환기(TAa)의 연결수단(6a) 그리고, 도 8B에 도시된 변환기(TAb)의 연결수단(6b)과 각각 동일한 형상을 지닌다.

변환기(TAc)의 공진기(3c)의 진동에 대한 역학적 필터링은, 선행기술에 따르는 것보다 더 효과적임에도 불구하고, 단지 변환기(TAc)에 있는 프레임(5c)의 섹션(51c,52c)이 가지는 유연성에 의해 거의 얻어진다.

도 8D는 기기의 축소라는 중요한 기준에서 적용되는, 변환기(TAd)를 도시하고 있다.

상기 변환기(TAd)는 우선, 플렉시블 프레임(5)내부와 프레임섹션(54d)과 변환기(TAd)의 유동 매스부(2d) 사이의 고정부의 배치가 도 5의 변환기(TA)와는 다르다.

따라서, 속이빈 프레임(5d)은 변환기(TAd)의 외형을 이룬다.

상기와 같은 배치는 프레임 섹션들(51d, 52d)이 충분한 길이(H5)를 유지하고, 상기 프레임 섹션들이 변환기(TAd)에 있는 공진기(3d)의 진동에 대해 효과적인 역학적 필터링을 성취하기 위해 요구되는 유연성을 유지하는 동안 변환기의 크기를 줄인다.

상기 공진기의 진동에 대한 역학적 필터링의 효과는 많은 부분에서, 상기 변환기의 중심세로축 Z' Z에 평행한, 즉, 공진기의 양 단부를 지나가는 축에 평행한, 플렉시블 프레임 섹션의 유연성 때문이다.

플렉시블 프레임의 다른 두 섹션과 상기 두 연결수단을 비교하면, 상기 두 섹션들은 상기 공진기의 진동으로 인한 기계적 응력의 관점에서, 더 큰 유연성을 가진다.

더 일반적으로, 본 발명에 따른 변환기가 적절하게 작동하기 위해서는 상기 공진기와 양 단부를 지나가는 축에 평행한 세로축을 가지는 사실상 평행육면체 형상의 최소한 두 굴절가능한 섹션이 필요하다.

도 4에 도시된 선행기술에 따른 공진기의 주변부 R2와 동일한 고리모양의 프레임은 본 발명에 따른 변환기를 올바르게 작동시키지 않을 수도 있다.

도 8E는 일체형 석영 몸체를 가진 변환기(TAe)를 도시하고 있다.

변환기(TAe)에서 공진기로 진동을 분배하기 위한 상기 수단은 도 1에 도시된 선행기술에 따른 가속도계(CA' )의 진동블레이드(3₁, 3₂)에서와 유사하며, 특히 물질의 플레이트 면에 평행한 굴절진동이 발생할 때 적절하다.

상기 변환기(TAe)는 주로 이것이 일반적으로 원판형상을 지니고, 상기 플렉시블 프레임(5e)의 섹션들(53e,54e)의 부분적으로 링형상으로 이루어지며, 고정부(1e)가 U자형이라는 점에서 5의 변환기(TA)와 다르다.

상기 고정부는 각각 연결수단(7e)에 고정되고 사실상 상기 플렉시블 프레임와 섹션(54e)을 따라 작동하는 링부분을 형성하는 베이스섹션(10e)과, 상기 베이스섹션(10e)의 단부로부터 상기 프레임의 섹션(51e,52e)을 따라 뻗어있는 원반모양의 마디로 형성된 두 가지(11e,12e)를 각각 포함한다.

따라서, 상기 플렉시블 프레임(5e)은 상기 고정부(1e)의 U자형상 내부에 배치된다.

상기 가지들(11e,12e)은 접착제 같은 것들로 케이스 베이스(BAe)에 고정된다.

U자형상으로 이루어진 상기 변환기(TAe)의 고정부(1e)는 도 5에 도시된, 평행육면제 형상의 변환기(TA)와 비교하여 다음과 같은 유리한 점을 가진다.

- 변환기(TAe)가 설치되는 베이스(BAe)의 평면이 더 깨끗하게 정렬된다.

- 만약 변환기를 역학적으로 더 튼튼하게 해야 할 필요가 있을 때에는, 원반형 가지(11e,12e)면을 지지하고 유동 매스부(2e)의 배치를 미리 설정된 값으로 제한하는 두 플랜지의 사용이 용이하다.

- 상기 베이스를 지지하는 표면 사이에 있는 변환기의 무게 중심에 맞추어 변환기(TAe)를 베이스(BAe)에 고정시키게 되어, 상기 변환기를 베이스 상에 유지하기 위한 별도의 장치를 사용할 필요가 없다.

상기 변환기(TAe)에 설치된 공진기(3)의 굴절진동을 역학적으로 필터링하는것에 대하여, 상기 변환기(TAe)의 효과는 상기 섹션(51e,52e)의 유연성으로 인한 변환기(TA)의 효과와 실질적으로 같다.

도 8E에서 도시된 바와 같이, 진동을 공진기(3e)에 분배하기 위한 수단은, 반대의 극성을 가지고 압전효과에 따라 공진기와 굴절진동을 자극하는 두 금속전극(31e,32e)의 형태로 이루어진다.

상기 금속전극(31e,32e)은 변환기 몸체의 외측에 대향하는 공진기(3e)의 측면에 배치되고, 금속전극의 트랙 형상은 본 출원인의 프랑스 특허출원 제2,685,964호에 상세하게 서술되어 있다.

베이스 케이스 내에서 상기 전극(31e,32e)과 봉인된 피드쓰루(feed throughs, 도면에 도시되지 않음)사이의 전기적인 연결은 상기 고정된 가지(11e,12e)와 같은 높이로 사실상 직사각형인 금속 접촉 패드(33e,34e)에 각각 용접되어 이루어 진다.

도 8E에서 도시된 바와 같이, 상기 금속 패드(33e,34e)는 각각 유동 매스부(4e), 플렉시블 프레임(5e), 연결수단(6e,7e)의 보이는 면으로 지지되는 각각의 금속 전도체 스트립(35e,36e)에 의해 각각의 전극(31e,32e)에 연결된다.

상기 전극, 연결 스트립 그리고 접촉 패드는 종래의 사진석판인쇄 공정을 사용하여 석영 플레이트의 보이는 면에 붙어 있는 금속층을 에칭 함으로써 의해 동시에 얻어질 수 있다.

상기 고착된 금속 층은 일체형 몸체를 가공하기 위한 보호 마스크로 미리 사용될 수 있는 잇점이 있다.

상기 전극 (31e,32e)에 연결된 케이싱에 있는 베이스의 봉인된 피드쓰루(feed throughs)는, 변환기에 작용하는 가속도의 변화를 나타내는 주파수 진동을 가지고 교차하는 신호가 발생시키는 출력에서, 오실레이터(도면에 도시되지 않음)의 두 터미널에 전기적으로 연결되어 있다.

상술한 바에서 나타난 것 처럼, 본 발명은 역시 공진기의 양 단부를 지나가는 축 에 평행한 축 주위를 180°회전함에 따라 제 1 변환기의 위치에 따라 결정되는 제 2 변환기의 위치와 공통된 베이스에 고정된 두 변환기의 고정부로 구성되는 본 발명에 따른 가속도 변환기를 포함하는 차동출력 가속도계에 관한 것이다.

도 3, 5, 8A, 8B, 8C, 8D, 8E에 도시된 실시예에서, 상기 공진기의 양 단부를 지나가는 축은 변환기의 축 Z' Z에 평행하다.

따라서, 본 발명에 따른 두 변환기의 결합에서, 상기 제 2 변환기의 위치는 상기 축 Z' Z에 평행한 축 주위를 180°회전함에 따라 제 1 변환기의 위치로부터 결정될 수 있다.

도 9에 따르면, 차동 가속도계(AD)는 도 8E에서 보여지는 변환기와 실질적으로 동일한 두 변환기(TAe1,TAe2), 변환기(TAe1)의 반원형의 가지(11e1,12e1), 그리고 공통된 베이스(BAe)에 고정된 변환기(TAe2)의 가지 (11e2, 12e2)를 포함한다.

상기 도 9의 실시예에서, 변환기(TAe1,TAe2)는 물질의 두 플레이트 면에 평행한 평면에 대하여 각각 서로 대칭이다.

상기와 같은 배치는 본 발명에 따라 배치된 특정한 케이스를 구성한다.

마찬가지로, 상기 변환기(TAe)는 예를 든 바와 같이 선택되었다.

본 특허출원의 범위는 도 5, 8A, 8B, 8C, 8D에 각각 도시된 변환기(TA, TAa, TAb, TAc, TAd)의 어느 하나와 실질적으로 동일한 두 변환기의 결합을 포함하고, 더 일반적으로는 본 발명에 따른 두 변환기의 어느 하나의 결합과 동일한 두 변환기와 결합을 포함한다.

도 9에 언급된, 변환기(TAe)의 금속패드(33e1, 34e1)는 두 전도선(37₁, 38₁)으로 오실레이터 회로(91₁)의 제 1 터미널에 연결되어 있다.

변환기의 보이지 않는 면상의 전극, 연결 스트립 그리고 접촉패드의 동일한 배치는 제 2 오실레이터 회로(91₂)과 관련이 있다.

상기 두 회로 (91₁, 91₂)의 출력단은 주파수 공제 회로(92)와 주파수 메터(93)를 포함하는 차동 주파수 측정 장치에 연결되어 있으며, 상기 주파수(F1 - F2)는 측정된 가속도를 나타내는 주파수 메터에 의해 측정된다.

상기 차동 가속도계(AD)의 작동은 상술된 설명과 관련하여 도 7A,7B,7C에 따라 다음과 같이 서술된다.

도 9에 언급된 바에 따르면, 상기 물질의 두 플레이트 면에 수직으로 작용하는 상기 가속도 Γ1 은 상키 공진기(3e1, 3e2)에 각각 수직 인장력과 압축력(도면에 도시되지 않음)을 작용하는데, 이것은 변환기(TAe1, TAe2)가 동일할 때와 같은 크기이다.

상기와 같이 수직으로 작용하는 힘 때문에, 공진기(3e1)의 주파수(F1)가 증가하고, 공진기(3e2)에서 주파수(F2)가 같은 양만큼 감소한다.

주파수 변화량(Δ1)을 나타내는 식은 앞에서 상기 변환기의 역학적, 기하학적 특성의 함수로 구해져 있다.

상기 차동 주파수(F1-F2)는 다음과 같이 상승한다.

변환기(TAe1,TAe2)의 축 Z1' Z1 와 Z2' Z2에 적용되는 상기 가속도 Γ2는 공진기(3e1,3e2)에 같은 크기의 수직 인장력(도시되지 않음)을 작용시키기 때문에 공명주파수가 같이 증가 (ΔF)₂한다.

그러므로 차동 주파수(F1-F2)는 가속도 Γ2 의 변화와 상관이 없다.

전술한 두 가속도 방향에 수직으로 작용하는 가속도 Γ3은 상기 공진기(3e1, 3e2)에 어떤 수직방향의 힘도 작용하지 않는다.

결과적으로, 주파수(F1-F2)는 가속도 Γ3 의 어떠한 변화와도 상관이 없다.

따라서, 상기 차동 가속도계(AD)의 반응방향은 물질의 두 플레이트 면에 수직이다.

각 공진기(3e1,3e2)의 역학적 필터링의 효과 때문에, 상기 차동 가속도계(AD)는 전술한 선행기술에 따른 가속도계에 비하여 두 가지 유리한 점을 갖는다.

첫째로, 공진기의 특성계수 Q가 감소하지 않고, 둘째로, 두 진동사이의 역학적 연결이 제거된다. 상기한 두 가지 유리한 점은 가속도계(AD)의 정밀성을 향상시킨다.

도 10은 동일한 두께를 가지는 물질면의 동일 면으로부터 만들어진 실질적으로 동일한 변환기(TA1,TA2)를 포함하는 차동가속도계(AD)를 도시하고 있다.

상기 변환기의 구조는 도 5에 도시된 변환기(TA)의 구조와 같다.

도 10에 도시된 실시예에서, 상기 차동 가속도계(AD' )는 일반적으로 평행육면체의 형상을 가지는 일체형 몸체를 구성한다.

상기 두 변환기의 유동 매스부(2₁, 4₁,과 2₂, 4₂), 프레임(5₁, 5₂), 그리고 고정부(1' )는 상기 플레이트의 두 면과 일치하는 동일면상의 평면을 갖는다.

상기 변환기(TA1' )의 공진기(3₁)와 다른 변환기(TA2' )의 블레이드(81₂, 82₂)는 플레이트의 두 면중 하나와 같은 높이이다;

마찬가지로, 다른 변환기(TA2' )의 공진기(3₂)와 제 1 변환기(TA1' )의 블레이드(81₁, 82₁)도 플레이트의 다른 면과 같은 높이이다.

상기 플레이트 면에 평행한 중심축 Y' Y는 가속도계(AD' )의 대칭 축을 구성한다.

상기와 같은 실시예에서, 각각의 변환기(TA1,TA2)의 세로축 Z1' Z1 와 Z2' Z2는 축 Y' Y에 평행하고 상기 변환기(TA1', TA2')는 본 발명에 따른 배치의 특정 케이스를 구성하는 축 Y' Y 주위에서 각각에 대칭이다.

실시예에서, 차동 가속도계(AD' )의 고정부(1' )는 축 Y' Y 의 중심에 세로 가지를 가진 I자형상의 전면 형태와, 변환기(TA1', TA2' )의 연결수단(7₁, 7₂)에 고정된 횡단 가지의 하나를 가진다.

상기 I자형상의 고정부(1' )는 도 8E에 도시된 변환기(TAe)의 U자형상의 고정부(1e)와 동일한 잇점을 갖는다. 즉, 접촉면을 구성하는 두 플랜지를 사용하기가 편리하고 잘 정리된 정리면을 가지며, 베이스에 상기 고정부를 쉽게 고정할 수가 있다.

도 9에 도시된 차동 가속도계에 따라, 차동가속도계(AD' )의 반응방향은 물질의 플레이트 면에 수직이고, 선행기술에 비해 가속도계가 더 정밀해지는 잇점이 있다.

상기 가속도계(AD)와 비교하여 가속도계(AD' )를 케이스에 결합시키는 것은 더 용이하며, 기기의 크기 축소와 저 비용을 요구하는 기준에 따랐을 때에도 후자가 더 유리하다.

한편, 측정의 정밀성을 더 요구하는 점에 있어서는, 가속도계(AD)가 이것을 구성하는 두 개의 변환기를 선택하여 이용할 수 있어서 더 유리하다.

Claims

고정부(1), 제 1 유동 매스부(2) 및 양 단부 중 어느하나가 상기 제 1 유동 매스부(2)에 고정된 공진기(3)를 포함하는 일체형 가속도계 변환기에 있어서,

상기 공진기(3)의 타측 끝단에 고정된 제 2 유동 매스부(4)와,

상기 제 1 및 제 2 유동 매스부(2,4)와 상기 공진기에 대해 동심으로 이격되어 배치된 속이 빈 플랙시블 프레임(5)과,

상기 제 2 유동 매스부(4)에 상기 프레임(5)을 연결하는 제 1 연결수단(6)과,

상기 고정부(1)에 상기 프레임(5)을 연결하는 제 2 연결수단(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 플랙시블 프레임(5)은 직사각형이고, 실질적으로 공진기(3)에 평행하게 연장된 두 대향 섹션을 포함하고,

실질적으로 상기 공진기(3)에 수직으로 연장되며, 각각 상기 제 2 유동 매스부(4)와 상기 제 1 및 제 2 연결수단(6, 7)으로 상기 고정부(1)에 연결된 다른 두 대향 섹션(53, 54)과,

상기 제 1 연결수단(6)은 상기 제 2 유동 매스부(4)의 폭(L4, L4a)보다 적은 폭(L6, L6a)을 가지며, 상기 제 2 연결수단(7)은 상기 다른 섹션(53, 54)와 길이보다 적은 폭(L7, L7b)을 가지고, 상기 폭(L6, L6a, L4, L4a)은 상기 다른 섹션(53,54)의 길이방향이며,

바람직하게는 최소한 하나의 연결수단(6, 7)이 상기 프레임 섹션의 교차섹션(L51.E, H53.E, H54.E)과 같은 크기 순서로 교차섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 운동 매스부(2, 4), 상기 공진기(3),상기 플랙시블 프레임(5), 그리고 상기 연결수단(6, 7)이 상기 프레임이 있는 평면(PM)에 수직인 공통된 대칭면(PS)을 가지고,

상기 연결수단(6, 7)은 상기 대칭면과 상기 프레임의 교차부에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
상기 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유동 매스부(2, 4)에 연결되고 상기 공진기(3)의 대향측면들의 전면에 배치된 단부들을 각각 가지는 두 동일면상의 블레이드(81, 82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
제 4항에 있어서, 상기 블레이드(81, 82)가 상기 공진기(3)와 길이(H3)보다 적고, 공진기의 길이의 1/10에서 1/2사이인, 길이(H8)를 가지는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
제 4항에 있어서, 상기 블레이드(81, 82)의 반대면이 상기 공진기 길이(H3)의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
제 4항에 있어서, 상기 블레이드(81, 82)는 상기 유동 매스부(2, 4)와 같은 높이의 공통면을 가지고, 상기 공진기(3)는 상기 두 유동 매스부에 공통된 같은 높이의 다른면을 가지며, 상기 블레이드와 공진기는 상기 유동 매스부의 두께(E) 방향에서 같은 폭(E8=3E)을 가지는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
상기 제 1항에 있어서, 상기 고정부(1d)가 상기 속이 빈 프레임(5d)의 내부에 있는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
상기 제 1항에 있어서, 상기 고정부(1e)는 제 2 연결수단(7e)을 둘러싸는 U자형상을 가지고,

상기 제 1 연결수단(6e)에 연결된 프레임 섹션(53e)을 제외한 프레임(5e)과,

상기 제 2 연결수단(6e)에 중간부분이 고정된 고리모양의 베이스 섹션(10e)과,

베이스(BAe)에 상기 변환기를 고정시키기 위하여 상기 베이스 섹션(10e)의 끝단에 각각 고정된 두 개의 가지(11e, 12e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 가속도계 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 공진기(3e)에 의해 지지되는 두 전극(31e, 32e), 상기 고정부에 의해 지지되는 두 접촉패드(33e, 34e), 그리고 상기 제 2 유동 매스부(4e)에 의해 지지되는 두 전도체 스트립(35e, 36e)을 포함하고, 상기 두 접촉패드에 상기 두 전극(31e, 32e)을 각각 연결하기 위한 상기 제 1 연결수단(6e), 상기 프레임(5e), 상기 제 2 연결수단(6e), 그리고 상기 고정부(1e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계 변환기.
고정부,

제 1 유동 매스부 및

상기 제 1 유동 매스부(2)에 양 단부 중 어느 하나가 고정된 공진기로 구성된 제 1 및 제 2 일체형 가속도계 변환기를 포함하여 구성되는 가속도계에 있어서,

상기 제 1 변환기에 있는 공진기(3e1; 3₁)의 양 단부를 지나가는 축에 평행한 축(Y' Y) 주위를 180°회전함으로써 상기 제 1 변환기(TAe₂; TA₁')의 위치에 따라 제 2 변환기(TAe₂; TA₂')의 위치가 결정될 수 있고,

상기 변환기의 고정부(3e₁; 3 e₂)가 상기 제 1 및 제 2 변환기에 함께 고정되는 것을 특징으로 하는 가속도계.
상기 제 11항에 있어서, 상기 변환기(TAe1, TA₁')는 상기 각 변환기의 유동 매스부(2e1, 4e1 ; 2e1, 4e1)와 동일 높이를 갖는 면에 평행한 평면 주위에서 각각대칭인 것을 특징으로 하는 가속도계.
제 11항에 있어서, 상기 유동 매스부(2₁4₁2₂4₂), 상기 프레임(5₁5₂) 및 상기 변환기(TA₁' ; TA₂')의 고정부(1₁, 1₂)가 동일 높이의 면을 가지고, 상기 변환기는 상기 동일 높이의 면과 평행한 축(Y' Y) 주위에서 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 가속도계.