JPH01318965A - 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、全方位の微小な加速度を検出可能な加速度計
に関する。

（従来の技術） 加速度計の一つの方式として、振り子の変位量をサーボ
機構の電気的ばねで零位置になるように力をバランスさ
せ、このときのフィードバック電流から加速度を検出す
るようにしたものがある。

しかし、この方式の加速度計は、振り子の一方向の変位
を検出するものであるため、全方位の加速度を検出する
には、少なくとも３個の加速度計を用いる必要があり面
倒である。

一つの加速度計で全方位の加速度を検出するものとして
特開昭５９−５９６５号公報記載のものが知られている
。これはジャイロコンパスの原理を利用したもので、内
部に高速回転するこまを有する内球とその外側の外球と
を有してなり、加速度が加わったときの内球に対する外
球の相対移動を検出するようにしたものである。

また、円筒上の磁石を物体に固定し、この磁石の内側に
別の磁石を配置し、加速度が加わったとき外側の磁石に
対する内側の磁石の相対移動量を検出することによって
加速度を検出するようにしたものも知られている。特公
昭５４−６２２６号公報記載のものがこれである。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭５９−５９６５号公報記載のものによれば、ひと
つの加速度計で全方位の加速度を検出することができる
が、内球と外球とが接しているため、微小な加速度の検
出には向いていない。

一方、特公昭５４−６２２６号公報記載のものの原理を
利用すれば、検出体を非接触で支持できる可能性があり
、微小な加速度の検出に利用できる可能性があるが、検
出体の位置をフィードバック制御するものではないため
、実用には向かないし、重力その他の要因によって検出
体が変位してもこれを所定の位置にフィードバック制御
することができず、正確な加速度検出はできない。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、簡単な構成ながら、全方位のしかも微小
な加速度を検出することができる加速度計を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、加速度が加わったとき支持体に対して相対移
動する検出体と、この検出体を支持体から浮上させる電
磁石と、上記検出体の位置を検知、する検知手段と、こ
の検知手段の検知結果に基づいて上記検出体に加わった
加速度の大きさと方向を演算する演算部とを有すること
を特徴とする。

（作用） 検出体は電磁石によって常に支持体から浮上させられて
いる。加速度が加わると検出体が支持体に対して相対移
動し、この検出体の移動を検知手段が検知し、この検知
手段の検知結果を演算部で演算することにより加速度を
検出することができる。また、検知手段の検知結果に基
づいて電磁石をフィードバック制御すれば、検出体を支
持体に対して所定の相対位置に保持することができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明にかかる加速度計の実
施例を説明する。

第１図ないし第３図において、符号１は加速度計の本体
を構成する金属製の支持体であり、上下に分割された二
つの部材をねじ止めすることによって構成されている。

上記支持体１は全体が三角柱状になっており、三つの外
側面に形成された円形の凹嵌部１ｃにはそれぞれの上記
外側面に沿うようにして三個−組の電磁石２５が埋め込
まれている。従って、電磁石２５は合計９個用いられて
いる。支持体１の各面における三個−組の電磁石２５は
第１図に示すように共通の中心点に対して１２０度間隔
で配置されている。各電磁石２５は、磁性材の板を積層
すると共に支持体１に固定されてなる鉄心３と、この鉄
心３の外周にはめられたボビン４と、このボビン４に巻
かれたコイル５とを有してなる。

支持体１には同支持体１を上下方向に貫く円筒状の孔１
ａが支持体１の横断面中央に形成されており、この孔１
ａには加速度の検出体２が配置されている。検出体２は
、上記孔ｌａ内に所定の間隙をおいて緩くはまるリング
状の基部とこの基部から放射状に１２０度間隔で伸びた
腕部２ａとを有する。上記リング状の基部は合成樹脂等
の非磁性体で作られ、上記各腕部２ａの先端部にはアル
ミニウムリング２ｂがはめられている。このアルミニウ
ムリング２ｂの外周には鉄リング２Ｃがはめられている
。

上記支持体１の３個の各外側面に形成された前記円形の
凹嵌部ＩＣには、円盤状の絶縁板２２がはめられている
。各絶縁板２２には、前記コイルボビン４に対する逃げ
窓が形成されている。各絶縁板２２にはまた、その中央
部において誘電突起６が固定されている。各誘電突起６
は、六つの導電体６ａと六つの絶縁体６ｂとが円周方向
に交互に配置されて円柱状に形成されており、その両端
部が絶縁板２２の表面側と裏面側にそれぞれ突出してい
る。そして、各絶縁板２２の裏面側に突出した誘電突起
６の端部は、前記検出体２の各腕部２ａの先端のアルミ
ニウムリング２ｂ内に同リング２ｂの内周面との間に所
定の間隙２６をおいてはまり込んでいる。上記アルミニ
ウムリング２ｂと誘電突起６を構成する導電体６ａは検
出体２の位置を検知する検知手段としてのコンデンサ２
８（第５図参照）の電極を構成しており、これらり。

ング２ｂと導電体６ａとの間隔２６が変化することによ
って上記コンデンサ２８の容量が変化する。

上記各絶縁板２２の外側面にはプリント基板７が重ねて
固定されている。第４図に示すように、プリント基板７
には上記誘電突起６に対する逃げ孔７ｂが形成されると
共に、−喘がこの逃げ孔７ｂの周りに集中する複数のプ
リンｌ−パターン７ａが形成されている。各プリントパ
ターン７ａの一端部はそれぞれ誘電突起６を構成する導
電体６ａに半田付けによって接続され、２個一組のプリ
ントパターン７ａの他端部間にはインダクタ（コイル）
２０が接続されている。このインダクタ２０と上記コン
デンサ２８とによって第５図に示す共振回路８を構成し
ている。

前記支持体１の各側面に沿って配置された３個一組の電
磁石２５の各鉄心３の先端面は検出体２のひとつの腕部
２ａの先端部の鉄リング２Ｃの外周面に対して所定の間
隙をおいて対向している。

各電磁石２５は後述の制御回路により制御され。

上記３個の電磁石２５の吸引力のバランスをとることに
より、上記各鉄心３と各鉄リング２Ｃとの間に所定の間
隔を保たせ、もって、検出体２全体を支持体１から浮上
させるようになっている。

第５図において、前記共振回路８の発振出力はカウンタ
９で直接サンプリングされる。このカウント結果はバッ
ファ１０に送られて一時保存されると共にそのデータは
演算プロセッサ１１で演算処理される。Ｅ”ＰＲＯＭ１
２には、検出体２が中心位置で浮上している状態のとき
の共振周波数情報や、温度、湿度等によるオフセット情
報がプログラムされている。また、ＲＯＭ１３には演算
プロセッサ１１における演算プログラムが書き込まれて
いる。演算プロセッサ１１における演算結果及び温度セ
ンサ１４からのデータと、Ｅ”ＰＲＯＭ１２のデータは
ＭＰＵ１５において比較され、その結果に基づいて各電
磁石２５への通電状態が切り替えられる。第５図におけ
る符号１６は、ＭＰＵ１５における比較結果に基づき各
電磁石２５のコイル５を晩動するためのドライバである
。

次に、上記実施例の動作を説明する。

加速度が加わらない状態では、検出体２はその各鉄リン
グ２ｃと各鉄心３との間の吸引力の釣合がとれて支持体
１から浮上している。検出体２の位置は、共振回路８、
カウンタ９．バッファ１０、演算プロセッサ１１等を含
む検出回路で常時チエツクされ、上記の釣合が崩れると
、その検出信号に基づいてＭＰＵ１５から各ドライバ１
６を経て各電磁石のコイル５にフィードバックがかかり
、検出体２が常に支持体１に対し所定の相対位置に浮上
状態で保持される。

いま、加速度が加わると、検出体２は慣性によりその位
置を保とうとするため、検出体２の前記各アルミニウム
リング２ａと誘電突起６の各導電体６ａとの間隔２６が
、ある組については接近し、ある組については遠ざかる
。従って、３個の上記リング２ａと３個の導電体６ａと
で構成される３個のコンデンサ２８の容量があるものは
増大し。

あるものは減少する。このコンデンサ２８の容量の変化
は、第５図における共振回路８の共振周波数の変化とな
り、これをカウンタ９でカウントすることにより検出す
る。コンデンサ２８は支持体１の一側面につき３個、合
計９個形成されており、この合計９個のコンデンサ２８
の容量変化を検出し、これを演算プロセッサ１１で演算
することにより加速度の大きさと方向を検出することが
できる。また、こうして検出された加速度の大きさと方
向に応じて各電磁石２５のコイル５に通電する電流を制
御することにより電磁石２５による各方向の磁力が制御
され、検出体２が所定の中心位置に支持体１から浮上し
た状態で保持される。

第６図、第７図は検出体２が相対移動して各共振回路８
の共振周波数のバランスが崩れた状態と、フィードバッ
ク制御によりバランスしている状態を示す。検出体２が
支持体１に対して相対移動すると、第６図に示すように
アルミニウムリング２ｂと導電体６ａとの間隔が部分的
に異なり、共振回路８の発振周波数がアルミニウムリン
グ２ｂと各導電体６ａとの間で形成されるコンデンサ２
８ごとにばらつく。そこで、第７図に示すように各共振
回路の発振周波数が略等しくなるように各コイル５の暉
動電流を制御すれば、検出体２を所定の中央位置に浮上
状態で保持させることができる。

このように、上記実施例によれば、検出体２を支持体１
から浮上させているため、加速度が加わったとき敏感に
反応し、感度の高い加速度計を得ることができる。また
、三角柱状の支持体１の各側面においてそれぞれ３方か
ら検出体２の位置を検出するようにしたため、全方位の
加速度を検出することが可能であり、構成も比較的簡単
である。

さらに、電磁石２５で検出体２を浮上させ、検出体２の
位置情報をフィードバックして電磁石２５を通電制御す
るようにしたため、検出体２が安定に浮上し、重力その
他の要因に左右されることなく正確な加速度を計測する
ことができる。

なお、検出体の腕部は９０度間隔で４カ所に設けてもよ
い。これに応じて電磁石も４カ所に設けることになる０
図示の実施例では、検出体２は同検出体２と電磁石２５
との吸引力で浮上させるようにしていたが、鉄リング２
ｃの周囲を電磁石２５の鉄心３と同極に着磁して双方の
反発力で検出体２を浮上させるようにしてもよい。そし
て、上記鉄リング２ｃを着磁した場合は、検知手段とし
てホール素子や磁気抵抗素子等の磁気感応素子を用いて
磁界の変化を検出し、この検出信号に基づいて加速度を
検出しまた電磁石にフィードバックしてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、検出体を支持体から浮上させているた
め、加速度が加わったとき敏感に反応し、感度の高い加
速度計を得ることができる。また、電磁石で検出体を浮
上させ、検出体の位置情報をフィードバックして電磁石
を通電制御することができるため、検出体を安定に浮上
させることができ、重力その他の要因に左右されること
なく正確な加速度を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる加速度計の実施例を示す正面図
、第２図は同上実施例中の検出体の正面図、第３図は上
記実施例の平面図、第４図は上記実施例中のプリン１一
基板の正面図、第５図は本発明に適用可能な検出回路の
例を示す回路図、第６図は上記検出回路の発振周波数の
変化の様子を示す線図、第７図は同じく発振周波数の別
の変化の様子を示す線図である。 １・・・・支持体　２・・・・検出体　１１・・・・演
算部２５・・・・電磁石　２８・・・・検知手段として
のコンデンサ 瑯４　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加速度が加わったとき支持体に対して相対移動する検出
   体と、この検出体を支持体から浮上させる電磁石と、上
   記検出体の位置を検知する検知手段と、この検知手段の
   検知結果に基づいて上記検出体に加わった加速度の大き
   さと方向を演算する演算部とを有してなる加速度計。