JPH04256867A - 三軸加速度検出装置 - Google Patents
三軸加速度検出装置Info
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- JPH04256867A JPH04256867A JP3017616A JP1761691A JPH04256867A JP H04256867 A JPH04256867 A JP H04256867A JP 3017616 A JP3017616 A JP 3017616A JP 1761691 A JP1761691 A JP 1761691A JP H04256867 A JPH04256867 A JP H04256867A
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- sphere
- inertial sphere
- inertial
- axis
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- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は三軸加速度検出装置に関
するものである。
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術として、例
えば特開昭６３−１１８６６８号公報に示されるものが
知られている。この従来装置では、コイルを巻回した慣
性体がフレキシブルな棒材および板材に保持され、この
慣性体の慣性力による偏位を光学的に検出するようにな
っている。そして、偏位検出量にもとづいてコイルの通
電量をコントロールし、このコントロール量から加速度
を検出するようになっている。
えば特開昭６３−１１８６６８号公報に示されるものが
知られている。この従来装置では、コイルを巻回した慣
性体がフレキシブルな棒材および板材に保持され、この
慣性体の慣性力による偏位を光学的に検出するようにな
っている。そして、偏位検出量にもとづいてコイルの通
電量をコントロールし、このコントロール量から加速度
を検出するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では、フレキシブルな部材によって慣性体を支持
しながら、電磁力による制御を行なっているため、特に
物理的、機械的支持のための構造が複雑になる。また、
物理的、機械的に支持するため慣性力と慣性体の偏位が
完全には対応せず、正確な加速度検出ができない。さら
に、上記公報に開示された方式では、慣性体の偏位はＸ
，Ｙ，Ｚの各軸方向に個々にセンサを設けて検出しなけ
ればならず、構成が複雑になる。そしてこれらのために
、加速度の検出精度を上げるのが難しい欠点があった。
来装置では、フレキシブルな部材によって慣性体を支持
しながら、電磁力による制御を行なっているため、特に
物理的、機械的支持のための構造が複雑になる。また、
物理的、機械的に支持するため慣性力と慣性体の偏位が
完全には対応せず、正確な加速度検出ができない。さら
に、上記公報に開示された方式では、慣性体の偏位はＸ
，Ｙ，Ｚの各軸方向に個々にセンサを設けて検出しなけ
ればならず、構成が複雑になる。そしてこれらのために
、加速度の検出精度を上げるのが難しい欠点があった。
【０００４】そこで、本発明は、簡単な構成によって精
度よく加速度を検出することが可能な三軸加速度検出装
置を提供することを目的とする。
度よく加速度を検出することが可能な三軸加速度検出装
置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る三軸加速度
検出装置は、互いに直交する三軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）にお
いて、それぞれ同極性の磁極が対応するよに配置された
三軸の電磁手段と、三軸の電磁手段による磁力と重力が
釣り合う位置で空間的に保持されうる磁性体からなる慣
性球体と、慣性球体が空間的に保持される位置を照明す
る点光源と、慣性球体が空間的に保持される位置を挟ん
で前記点光源とは反対の位置に配設され、慣性球体の影
の位置および大きさ検出する光検出手段と、光検出手段
の出力にもとづいて慣性球体の空間的位置を演算し、こ
れにもとづき三軸の電磁手段のそれぞれへの通電量を増
減することにより慣性球体が所定の空間位置に静止する
よう制御する制御手段と、制御手段による三軸の電磁手
段のそれぞれへの制御量にもとづき加速度を検出する検
出手段とを備える。
検出装置は、互いに直交する三軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）にお
いて、それぞれ同極性の磁極が対応するよに配置された
三軸の電磁手段と、三軸の電磁手段による磁力と重力が
釣り合う位置で空間的に保持されうる磁性体からなる慣
性球体と、慣性球体が空間的に保持される位置を照明す
る点光源と、慣性球体が空間的に保持される位置を挟ん
で前記点光源とは反対の位置に配設され、慣性球体の影
の位置および大きさ検出する光検出手段と、光検出手段
の出力にもとづいて慣性球体の空間的位置を演算し、こ
れにもとづき三軸の電磁手段のそれぞれへの通電量を増
減することにより慣性球体が所定の空間位置に静止する
よう制御する制御手段と、制御手段による三軸の電磁手
段のそれぞれへの制御量にもとづき加速度を検出する検
出手段とを備える。
【０００６】
【作用】本発明によれば、慣性体は磁性体からなる球体
をなしているので、三軸の電磁手段による電磁力と重力
のみにより空間的に保持される。また、単一の光学検出
系を設けるにあたり、光源からの光による慣性球体の影
の位置および大きさを検出する素子（例えば４分割ホト
ダイオート）を用いることで、慣性球体の位置を三次元
的に把握できる。このため、加速度による慣性球体の偏
位の検出方向および量にもとづき三軸の電磁手段の通電
量を個別にコントロールすることで、慣性球体を原点位
置（所定の位置）に保持しながら、上記コントロール量
により加速度が求められる。
をなしているので、三軸の電磁手段による電磁力と重力
のみにより空間的に保持される。また、単一の光学検出
系を設けるにあたり、光源からの光による慣性球体の影
の位置および大きさを検出する素子（例えば４分割ホト
ダイオート）を用いることで、慣性球体の位置を三次元
的に把握できる。このため、加速度による慣性球体の偏
位の検出方向および量にもとづき三軸の電磁手段の通電
量を個別にコントロールすることで、慣性球体を原点位
置（所定の位置）に保持しながら、上記コントロール量
により加速度が求められる。
【０００７】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【０００８】図１は実施例に係る三軸加速度検出装置の
要部の構成を、斜視図にて概念的に示している。図示の
通り、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の三軸電磁手段は、Ｘ軸で対向配置
された電磁石１Ｘ１，１Ｘ２と、Ｙ軸で対向配置された
電磁石１Ｙ１，１Ｙ２と、Ｚ軸で対向配置された電磁石
１Ｚ１および永久磁石１Ｚ２で構成される。ここで、各
軸において電磁石１Ｘ１，１Ｘ２，１Ｙ１，１Ｙ２，１
Ｚ１と永久磁石１Ｚ２の磁極は、同極が互いに対応する
ようになっており、かつ永久磁石１Ｚ２は慣性球体２を
収容し得るように磁極面が凹面３に形成されている。そ
して、Ｙ軸上には慣性球体２を挟むように、発光ダイオ
ード４と４分割ホトダイオード５が配設されている。こ
こで、４分割ホトダイオード５の受光面５１〜５４の中
心は、発光ダイオード４と慣性球体２の中心を結ぶＹ軸
と交差するようになっている。
要部の構成を、斜視図にて概念的に示している。図示の
通り、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の三軸電磁手段は、Ｘ軸で対向配置
された電磁石１Ｘ１，１Ｘ２と、Ｙ軸で対向配置された
電磁石１Ｙ１，１Ｙ２と、Ｚ軸で対向配置された電磁石
１Ｚ１および永久磁石１Ｚ２で構成される。ここで、各
軸において電磁石１Ｘ１，１Ｘ２，１Ｙ１，１Ｙ２，１
Ｚ１と永久磁石１Ｚ２の磁極は、同極が互いに対応する
ようになっており、かつ永久磁石１Ｚ２は慣性球体２を
収容し得るように磁極面が凹面３に形成されている。そ
して、Ｙ軸上には慣性球体２を挟むように、発光ダイオ
ード４と４分割ホトダイオード５が配設されている。こ
こで、４分割ホトダイオード５の受光面５１〜５４の中
心は、発光ダイオード４と慣性球体２の中心を結ぶＹ軸
と交差するようになっている。
【０００９】図２は、上記三軸加速度検出装置のＹ−Ｚ
平面での断面図を、動作時（同図（ａ））と停止時（同
図（ｂ））について示している。慣性球体２は球体であ
って磁性体からなっているので、三軸の電磁手段によっ
て浮上させ、所定の原点位置すなわちＸ，Ｙ，Ｚの各軸
の交差位置に保持できる。ここで、発光ダイオード４か
らの光は一部が慣性球体２によって遮られ、これにより
４分割ホトダイオード５の受光面５１〜５４に影が形成
される。停止時には慣性球体２に加わる磁力は永久磁石
１Ｚ２のみとなるので、慣性球体２はこれに引き寄せら
れて凹面３の中心に収容される（同図（ｂ）図示）。な
お、図中の符号１０はハウジングを示している。
平面での断面図を、動作時（同図（ａ））と停止時（同
図（ｂ））について示している。慣性球体２は球体であ
って磁性体からなっているので、三軸の電磁手段によっ
て浮上させ、所定の原点位置すなわちＸ，Ｙ，Ｚの各軸
の交差位置に保持できる。ここで、発光ダイオード４か
らの光は一部が慣性球体２によって遮られ、これにより
４分割ホトダイオード５の受光面５１〜５４に影が形成
される。停止時には慣性球体２に加わる磁力は永久磁石
１Ｚ２のみとなるので、慣性球体２はこれに引き寄せら
れて凹面３の中心に収容される（同図（ｂ）図示）。な
お、図中の符号１０はハウジングを示している。
【００１０】上記の慣性球体２が原点位置にあるとき、
およびこれから偏位したときの影の位置および大きさ、
図３に点線で示す。同図（ａ）が慣性球体２が原点位置
にあるときで、同図（ｂ）は原点位置より右側に偏位し
たときを示す。また、同図（ｃ）は原点位置より左下側
に偏位したときを示し、同図（ｄ）は原点位置より発光
ダイオード４側に偏位したときを示す。このように、慣
性球体２は完全な球体であるため、これが原点位置から
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に偏位すると、それぞれ４分割ホトダイ
オード５の各受光面５１〜５４における入射光量が変わ
るので、各々の光電流出力の関係により、慣性球体２の
原点位置からの偏位が計算できる。
およびこれから偏位したときの影の位置および大きさ、
図３に点線で示す。同図（ａ）が慣性球体２が原点位置
にあるときで、同図（ｂ）は原点位置より右側に偏位し
たときを示す。また、同図（ｃ）は原点位置より左下側
に偏位したときを示し、同図（ｄ）は原点位置より発光
ダイオード４側に偏位したときを示す。このように、慣
性球体２は完全な球体であるため、これが原点位置から
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に偏位すると、それぞれ４分割ホトダイ
オード５の各受光面５１〜５４における入射光量が変わ
るので、各々の光電流出力の関係により、慣性球体２の
原点位置からの偏位が計算できる。
【００１１】図４は上記の作用を実現する回路系の構成
を示している。４分割ホトダイオード５の各々の光電流
出力をＩ１ 〜Ｉ４ とすると、これらの加算および減
算を行うことにより、慣性球体２の偏位の方向と大きさ
、すなわち装置の加速度を知ることができる。すなわち
、光電流Ｉ１ 〜Ｉ４ をそれぞれアンプＡ１ 〜Ａ４
で増幅し、加算器６１４で光電流Ｉ１ とＩ４ の加
算、加算器６２３で光電流Ｉ２ とＩ３ の加算、加算
器６３４で光電流Ｉ３ とＩ４ の加算、加算器６１２
で光電流Ｉ１ とＩ２ の加算をする。 そして、加算器６１２の出力と加算器６３４の出力の差
分を減算器７Ｘ で求めることにより、Ｘ軸の偏位量と
方向を求め、加算器６１４と加算器６２３の出力の差分
を減算器７Ｚ で求めることにより、Ｚ軸の偏位量と方
向を求め、Ｙ軸についてはアンプＡ１ 〜Ａ４ の出力
の全ての和を加算器６Ｙ で求め、この加算器６Ｙ の
出力とＹ軸の中心位置を設定するレベルＶＲＥとの差動
出力を、差動回路８で求めることにより得る。
を示している。４分割ホトダイオード５の各々の光電流
出力をＩ１ 〜Ｉ４ とすると、これらの加算および減
算を行うことにより、慣性球体２の偏位の方向と大きさ
、すなわち装置の加速度を知ることができる。すなわち
、光電流Ｉ１ 〜Ｉ４ をそれぞれアンプＡ１ 〜Ａ４
で増幅し、加算器６１４で光電流Ｉ１ とＩ４ の加
算、加算器６２３で光電流Ｉ２ とＩ３ の加算、加算
器６３４で光電流Ｉ３ とＩ４ の加算、加算器６１２
で光電流Ｉ１ とＩ２ の加算をする。 そして、加算器６１２の出力と加算器６３４の出力の差
分を減算器７Ｘ で求めることにより、Ｘ軸の偏位量と
方向を求め、加算器６１４と加算器６２３の出力の差分
を減算器７Ｚ で求めることにより、Ｚ軸の偏位量と方
向を求め、Ｙ軸についてはアンプＡ１ 〜Ａ４ の出力
の全ての和を加算器６Ｙ で求め、この加算器６Ｙ の
出力とＹ軸の中心位置を設定するレベルＶＲＥとの差動
出力を、差動回路８で求めることにより得る。
【００１２】上記のように求められた偏位量および方向
を示す出力は、アンプＡＸ 〜ＡＺ で増幅され、制御
電流としてＸ，Ｙ，Ｚ軸の電磁手段の各コイルに与えら
れる。このフィードバック制御により、慣性球体２の位
置が原点位置になるようコントロールされることになる
が、この制御電流は抵抗Ｒによって検出され、検出信号
ＳＸ ，ＳＹ ，ＳＺ として取り出される。したがっ
て、この検出信号Ｓにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸での慣性
球体２の偏位と方向、すなわち装置に加わっている加速
度を求めることができる。
を示す出力は、アンプＡＸ 〜ＡＺ で増幅され、制御
電流としてＸ，Ｙ，Ｚ軸の電磁手段の各コイルに与えら
れる。このフィードバック制御により、慣性球体２の位
置が原点位置になるようコントロールされることになる
が、この制御電流は抵抗Ｒによって検出され、検出信号
ＳＸ ，ＳＹ ，ＳＺ として取り出される。したがっ
て、この検出信号Ｓにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸での慣性
球体２の偏位と方向、すなわち装置に加わっている加速
度を求めることができる。
【００１３】本発明については、種々の変形が可能であ
る。まず、慣性球体２についてはハウジング１０の内面
に衝突することがあるので、テフロンなどのコーティン
グを施すことが望ましい。また、ハウジング１０につい
ては、外部磁場がハウジング１０の内部に及ぶのを防止
するため、磁気シールドを施すのが好ましい。また、空
気による慣性球体２のダンピングを防止するため、ハウ
ジング１０の内部は１ｔｏｒｒ程度の真空にしておくこ
とが望ましい。さらに、慣性球体２内部に生じる渦電流
による検出誤差を防止するため、慣性球体２は磁性粉を
焼結して形成することが望ましい。
る。まず、慣性球体２についてはハウジング１０の内面
に衝突することがあるので、テフロンなどのコーティン
グを施すことが望ましい。また、ハウジング１０につい
ては、外部磁場がハウジング１０の内部に及ぶのを防止
するため、磁気シールドを施すのが好ましい。また、空
気による慣性球体２のダンピングを防止するため、ハウ
ジング１０の内部は１ｔｏｒｒ程度の真空にしておくこ
とが望ましい。さらに、慣性球体２内部に生じる渦電流
による検出誤差を防止するため、慣性球体２は磁性粉を
焼結して形成することが望ましい。
【００１４】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明によ
れば、慣性体は磁性体からなる球体をなしているので、
三軸の電磁手段による電磁力と重力のみにより空間的に
保持される。また、単一の光学検出系を設け、光源から
の光による慣性球体の影の位置および大きさを検出する
素子（例えば４分割ホトダイオート）を用いることで、
慣性球体の位置を三次元的に把握できる。このため、加
速度による慣性球体の偏位の検出方向および量にもとづ
き三軸の電磁手段の通電量を個別にコントロールするこ
とで、慣性球体を原点位置（所定の位置）に保持しなが
ら、上記コントロール量により加速度が求められる。こ
のため、簡単な構成によって精度よく加速度を検出する
ことが可能な三軸加速度検出装置を提供できる。
れば、慣性体は磁性体からなる球体をなしているので、
三軸の電磁手段による電磁力と重力のみにより空間的に
保持される。また、単一の光学検出系を設け、光源から
の光による慣性球体の影の位置および大きさを検出する
素子（例えば４分割ホトダイオート）を用いることで、
慣性球体の位置を三次元的に把握できる。このため、加
速度による慣性球体の偏位の検出方向および量にもとづ
き三軸の電磁手段の通電量を個別にコントロールするこ
とで、慣性球体を原点位置（所定の位置）に保持しなが
ら、上記コントロール量により加速度が求められる。こ
のため、簡単な構成によって精度よく加速度を検出する
ことが可能な三軸加速度検出装置を提供できる。
【図１】本発明の実施例に係る三軸加速度検出装置の要
部構成を概念的に示す斜視図である。
部構成を概念的に示す斜視図である。
【図２】図１の三軸加速度検出装置をＹ−Ｚ平面で切断
した断面図である。
した断面図である。
【図３】４分割ホトダイオード５と慣性球体２の影の位
置関係を示す図である。
置関係を示す図である。
【図４】実施例に係る三軸加速度検出装置の回路図であ
る。
る。
１Ｘ１，１Ｘ２，１Ｙ１，１Ｙ２，１Ｚ１…電磁石１Ｚ
２…永久磁石 ２…慣性球体 ４…発光ダイオード ５…４分割ホトダイオード １０…ハウジング
２…永久磁石 ２…慣性球体 ４…発光ダイオード ５…４分割ホトダイオード １０…ハウジング
Claims (2)
- 【請求項１】 互いに直交する三軸において、それぞ
れ同極性の磁極が対向するように配置された三軸の電磁
手段と、前記三軸の電磁手段による磁力と重力が釣り合
う位置で空間的に保持されうる磁性体からなる慣性球体
と、前記慣性球体が空間的に保持される位置を照明する
点光源と、前記慣性球体が空間的に保持される位置を挟
んで前記点光源とは反対の位置に配設され、前記慣性球
体の影の位置および大きさを検出する光検出手段と、前
記光検出手段の出力にもとづいて前記慣性球体の空間的
位置を演算し、これにもとづき前記三軸の電磁手段のそ
れぞれへの通電量を増減することにより前記慣性球体が
所定の空間位置に静止するよう制御する制御手段と、前
記制御手段による前記三軸の電磁手段のそれぞれへの制
御量にもとづき加速度を検出する検出手段とを備える三
軸加速度検出装置。 - 【請求項２】 前記三軸の電磁手段のいずれかの一軸
の電磁手段による一方の磁極が永久磁石により構成され
、当該磁極の表面には前記三軸の電磁手段への通電を停
止したときの前記慣性球体を収容する凹部が形成されて
いる請求項１記載の三軸加速度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017616A JPH04256867A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 三軸加速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017616A JPH04256867A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 三軸加速度検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04256867A true JPH04256867A (ja) | 1992-09-11 |
Family
ID=11948814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3017616A Pending JPH04256867A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 三軸加速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04256867A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009151923A (ja) * | 2003-11-10 | 2009-07-09 | Panasonic Corp | 集積回路。 |
| RU2654977C1 (ru) * | 2017-01-11 | 2018-05-23 | Федеральное государственное военное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально - технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" | Фотоэлектрический датчик ускорений |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5036184A (ja) * | 1973-07-09 | 1975-04-05 | ||
| JPS5443783A (en) * | 1977-09-13 | 1979-04-06 | Japan Aviation Electron | Accelerometer |
| JPS6255563A (ja) * | 1985-09-04 | 1987-03-11 | Canon Inc | 加速度計 |
| JPS62266485A (ja) * | 1986-03-03 | 1987-11-19 | メツセルシユミツト−ベルコウ−ブロ−ム・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 光電加速度測定装置 |
| JPH01167675A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-03 | Sharp Corp | 磁気支持加速度センサ |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3017616A patent/JPH04256867A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5036184A (ja) * | 1973-07-09 | 1975-04-05 | ||
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