JPH04505045A - 流体回路のｓ／ｎ比を改良する装置 - 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】 流体回路のＳ／Ｎ比を改良する方法及びその装置米国特許第４．４６７、９８４ 号チベット（以下″１９８４年特許”という）に開示の事項を援用する。

（技術分野） 本発明は流体回路、特に分離した流体路に沿って流体入力信号を入力する２個の 流体発振器と夫々の流体発振器から共通部がし部へ延びる別個の逃がし路とを備 える流体回路に関する。更に詳述するに、本発明は流体発振器の上流及び下流に ローパスフィルタを有する流体回路に関する。

（背景技術） 流体回路は流体回路からの出力データとある物理的属性とに因り生じる圧力ある いは流速効果との間の相関関係を利用して、その物理的属性を測定することが望 まれる各種分野において利用され得る。通常、流体回路は出力源（即ちポンプの ような圧縮流体供給源）と、属性の変化に応動する少なくとも１個の検出素子（ 即ち流体回路のデータ捕捉構成）と、検出素子の流体出力に集合的に応動しく流 体回路のデータ条件付は機能を行う）下流での処理に適した形態のデータを与え る他の複数の素子とを備える。流体回路の出力信号（即ち圧力または流速）を用 いて流体力の変化に応動する制御機構を直接作動させることも出来るが、多（の 場合変換器を駆動して高レベル制御に適した電子的な基本データを得るよう構成 される。後者の場合、流体回路は通常圧力／周波数コンバータとしての２個の流 体流体発振器を備え、各流体発振器は１またそれ以上の流体増幅器と連通される 検出素子の２個の入力チャネルの一方からの流体信号を導入し流体波列信号を出 力するように構成せしめられる。流体波列信号の周波数は流体入力信号の大きさ により定まり、問題の物理的属性と関連付けされるデータは流体波列信号の差動 周波数値になる。

流体回路の性能は両流体発振器と接続される逃がし路内及び流体入力信号を流体 発振器に連通させる流路内の圧力波干渉により悪影響を受ける。両側の周波数差 が零である場合、この圧力波干渉により一方の波列が効果的に伸縮され他方の波 列と整合されるいわゆるロックオン現象が生じる。従って、問題の物理的属性の 値の分解能は上述した範囲の周波数差と関連される範囲に亙り大きく損なわれる 。更に、各流体発振器からのノイズは最終段の増幅器の上流へ伝達される。この ノイズにより増幅器からの流体出力信号及び増幅器自体の性能が悪影響を受ける 。従って流体発振器に対し入力される圧力信号の質及び精度が損なわれる。

上述した問題は特に、流体回路の許容空間の制限が極めて厳しく流体発振器ない しは他の回路素子を相互に極めて近接して配置される場合（例えば誘導ミサイル の流体角速度検出システムに使用される場合）に重要になる。更に、ポンプが交 流流速を与える種類のものである場合、上述の用途では更に大きなノイズ源とな る。

“流体発振器流速計を用いた化学剤測定器”と題した）ＩＤＬ−ＴＭ−８８−２ 出版物には、クロモトグラフィ分野に使用される流体回路の流体発振器における ノイズ問題が開示されている。

この著者によれば、複数段の流体発振器のフィードバックチャネル内に変換器の 出力信号を電子的にフィルタをかけることにより流体ローパスフィルタを配設す ると良好な結果が得られることが提案される。流体フィルタだけでは流体回路に 課せられる負荷制限に対し不十分であることも言及されている（ベージ１１、第 ４章参照）。流体発振器間の干渉と供給源の干渉については述べられていない。

本発明によれば、上述した形式の流体回路において、流体発振器の動作で生じる ノイズの相当の部分（推定２０〜３０％）が流体発振器の上流に現れることが利 用される。本発明によれば、流体回路全体の性能を犠牲にすることなく流体発振 器からのノイズが大幅に減衰され得る。

本発明の１目的は概して流体測定システム特に角速度検出システムの分解能を向 上させることにある。

本発明の他の目的は流体発振器を使用する流体回路のＳ／Ｎ比を大にすることに ある。

本発明の他の目的は添付の特許請求の範囲及び添付図面に沿って以下の説明を進 めるに応じ明らかとなろう。

（発明の開示） 本発明によれば、共通部と連通され別個の流路に沿って入力流体を入力する流体 発振器を備えた流体回路のノイズが大幅に減衰される。このためこのような流体 回路を採用する測定システムの分解能及び精度が大幅に向上される。広い意味で は、各流体発振器の上流及び下流の両方にフィルタを設けることにより、ノイズ の減衰量が大きくでき、フィルタは流体発振ｇＢからのノイズを有効的に減衰し 得る。

本発明の別の実施態様によれば、各フィルタは誘導素子、容量素子及び誘導素子 の直列回路として与えられる。このような回路素子で構成されるフィルタによれ ば、従来使用された高周波数減衰器のような流体素子による場合よりも大きな減 衰量が与えられるものと考えられる。

本発明の他の実施態様によれば、フィルタの誘導素子はフィルタにより流体発振 器からのノイズが減衰され且つフィルタの共鳴にノイズが関与しないように選択 された長さの流路として構成される。

（図面の簡単な説明） 第１図は本発明による流体回路の簡略図、第２図及び第３図は本発明による好ま しい実施例に使用される角速度センサの複数の積層板の一連の積層作業を説明す るための各積層板の平面図、第４図及び第５図はローパスフィルタのような異な る素子を使用する角速度検出回路の性能を比較するためのグラフである。

（発明を実施するための最良の形態） 第１図に簡略に示された流体回路１０の圧縮流体源１２は圧縮流体を供給回路網 １４（太線で図示）を介し流体検出素子１６及び複数の流体増幅器１８へ供給す る。圧縮流体源１２にはチベット等による米国特許第４．６４８．８０７号に開 示された圧電ポンプを用いることが好ましい。圧縮流体源１２は逃がし回路網２ ０（点線で図示）を介し流体検出素子１６、流体増幅器１８及び流体発振器２２ ．２４から流体が導入される。通常流体回路ｌＯは流体を連続的に循環させる閉 システムとして動作する。圧縮流体源１２はコントローラ２７によりコントロー ラ２７からの電気信号（ライン２５で図示）に応答して作動される。この場合、 圧縮流体１１ｉ１２の流体は流体検出素子１６の入口部２６、及び流体増幅器１ ８の入口部２８に（例えば供給回路網１４の分岐路に設けられた抵抗並列回路３ ０を介して好適な圧力で）供給される。夫々の流体は逃がし回路網２ｏの各分岐 路に配設された抵抗器３２により設定され得る圧力差をもって流体検出素子１６ 及び流体増幅器１８から放出される。

流体検出素子】６により測定される特定の物理的属性、流体検出素子１６貞体の 構成、及びセンサとしての流体回路素子の存在の有無は大きな特徴ではなく、本 発明の利点はノイズ減衰に関し、出力が共通路に連通されると共に流体発振器と 連通される回路素子（例えば最終段の増幅器）から別個の流路を経て流体を導入 する少なくとも２個の流体発振器を備えた流体回路に対し適用可能な点にある。

現在考え得る最適の用途に使用される本発明を説明するため流体検出素子Ｉ６に は゛９８４特許にも示されるような積層タイプの主角速度検出センサを採用し、 流体回路ＩＯにはこの゛９８４特許に示される電子流体角速度検出システムを集 合的に構成する３個の同様な回路の１つを用いるものとする。

流体検出素子１６の入口部２６に導入する流体はノズル３４を経て放出され、流 体軸３６を経て２個の導入チャンネル４Ｇ、　４２間に位置したスプリッタ３８ へ送られる。このとき増幅が周知の方法で行われ、導入チャンネル４０．４２内 に流れ込む流体は流体入力信号として初段の流体増幅器１８の制御部４４．４６ に対し出力され、ここで順次増幅された流体信号は流体路５４．５６を経て最終 段の増幅器５２の導入チャネル４８．５０から出力される。

流体路５４．５６は個別に圧力制御される流体発振器２２．２４の入口部５８． ６０と接続されている。各流体発振器はそれぞれの流体路５４．５６を介し導入 部に入力される流体圧に応じて定まる周波数の圧力波列を出力する。出力信号は 閉路６２．６４を介し変換器６６．６８（通常ミニチュアマイクロホン）へ送ら れて、電気周波数信号に変換され、この電気周波数信号は電線７０．７２を経て コントローラ２７へ送られる。変換器６６．６８からの信号の周波数差は直角な 軸を中心とする流体検出素子】６の回転速度に比例する。また流体は流体発振器 ２２．２４から別個の逃がし路７４．７６を経て圧縮流体源１２と連通している 共通逃がし部７８へ送られる。

最終段の増幅器５２と関連する流体発振器との間の各流体路５４．５６には、流 体発振器と共通逃がし部７８との間で各部がし路７４．７６と連係するローパス フィルタ８０が配設されている。

本発明の好ましい実施例によれば、ローパスフィルタ８０は誘導素子８２、容量 素子８４及び誘導素子８６の直列回路として構成される。このように構成された ローパスフィルタを以下ＬＣＬフィルタと呼ぶ。本発明に使用される“誘導素子 ”は（１）長さが単なるオリフィスに寄与する長さより長く従って慣性に左右さ れる流路特性を持ち、（２）断面積が流路の両側での断面積より小さく、（３） 流速変化を阻止する圧力変化を誘導出来、これらの動作特性（１）〜（３）を有 する比較的狭い流路である。

容量素子８４は固定容量であるが流体回路に容量を与えるものであれば周知の任 意の構成が採用され得る。

本発明に使用される角速度センサの積層板の一部の積層順序が簗２図及び第３図 に示されている。第２図の積層板ｆには最終段の増幅器１０６の導入チャネル１ ０２．１０４が形成され得る。流体路５４．５６　（第１図参照）に配設された ローパスフィルタ８０が積層板ｂ−ｈ内に形成される。積層板ａ及びｂにはボー ト部１０８．１１０が示される。一連の積層板（第３図の積層板ｂ−ｇも同様で あるが、第２図のａ及び第３図の積層板ｇは含まれない）内で整合される同様の ポート部により誘導素子８６と流体発振器２２．２４との間に延びる流体路５４ ．５６の一部が形成される。第３図の積層板ａ　”−ｃにより流体発振器２２． ２４が構成される。逃がし路７４、逃がし路７６（・第１図参照）内に配置され たローパスフィルタ８０は第３図の積層板ｅ　−ｇにより構成される。テストに よれば、流体発振器２２．２４から直接誘導素子への流体放出により流体発振器 ２２．２４の入力圧力と出力周波数との間の関係が高度に非線形にされることが 判明した。この作用を補償するためコンデンサ月２が各部がし路内に設けられる 。第３図に示すように、流体発振器２２．２４と誘導素子８２との間に更にコン デンサ１１２が配置される。

本発明の上述した実施例は１２００〜３４００ヘルツの流体発振器の周波数範囲 で動作するように設計された角速度検出回路としてテストされた。流体は約３５ ００ヘルツの周波数で動作する圧電ポンプから供給した。第４図（角速度対周波 数差）には高周波数減衰器として使用される（逃がし路７４．７６内の）破壊干 渉フィルタ及び（流体路５４．５６内の）渦巻きダイオードを有する回路の性能 が示される。第５図には総て４個の流路内のＬＣＬフィルタ８０を備えた同じ種 類の回路の性能が示される。

第４図及び第５図を比較することにより、角速度の分解能が失われる有効範囲１ １４が破壊干渉フィルタと渦巻きダイオードとの回路によって形成され、この有 効範囲はＬＣＬフィルタを使用することにより相対的に無効にされることが理解 されよう。更に第４図の比較的ノイズの多い領域１１６も第５図では実質的に検 出されなかった。

誘導素子８２．８６の長さは極めて重要な設計パラメータである。一般に、流体 発振器で誘導されるノイズの減衰量を増加するには誘導素子の長さを長くする必 要があることが分かつている。一方、ＬＣＬフィルタの共振周波数が誘導素子の 長さと関連付けられ、誘導素子の長さを長くすることにより得られる利点はフィ ルタの共振に寄与するノイズとある点で妥協することである。従って誘導素子８ ２．８６の長さは流体発振器により誘導されるノイズが十分に減衰され且つＬＣ Ｌフィルタの共振に寄与するノイズが実質的に除去されるよう設定される。この 条件は流体発振器の最大周波数と関連する波長に対し長さが十分に短くされるこ とにより得られる。流体回路の誘導素子８２．８６の長さくこのテスト結果は第 ５図に示される）は空気中での音速の約１５％を流体発振器の最高周波数（３４ ００ヘルツ）で除算したものになった。

本発明の技術的範囲は、上述した好ましい実施例あるいはその具体的説明により 限定されるものではないことが理解されよう。従って本発明の技術的範囲は添付 の特許請求の範囲及びその均等物を含む広い意味で考えるべきである。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成３年８月２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．最終段の流体増幅器（５２）と一方の流体発振器（２２）との間の一の流体 路（５４）内に配置された第１のローパスフイルタ（８０）と、最終段の流体増 幅器と他方の流体発振器（２４）との間の他方流体路（５６）内に配置された第 ２のローパスフイルタ（８０）と、一方の流体発振器（２２）と共通逃がし部（ ７８）との間の一方の逃がし路（７４）内に配置された第３のローパスフィルタ （８０）と、他方の流体発振器（２４）と共通逃がし部（７８）との間の他方の 逃がし路（７６）内に配置された第４のローパスフィルタ（８０）とを備え、最 終段の流体増幅器からの流体出力が２個の別個の流体路（５４、５６）を経て２ 個の別個の流体発振器（２２、２４）へ送られ、流体発振器からの流体が最初段 で分離された２個の逃がし路（７４、７６）に沿つて共通逃がし部（７８）へ送 られるように設けられてなる流体回路。 ２．ローパスフイルタにより流体発振器の動作で生じる圧力波が減衰されてなる 特許請求の範囲第１項記載の流体回路。 ３．ローパスフイルタにより流体発振器の動作で生じる圧力波が減衰され且つフ ィルタの共振で生じるノイズが実質的に除去されてなる特許請求の範囲第２項記 載の流体回路。 ４．各ローパスフィルタが誘導素子と容量素子と誘導素子との直列回路として構 成されてなる特許請求の範囲第２項記載の流体回路。 ５．各誘導素子は長さが一定で流体断面積が誘導素子の直ぐ上流、直下流にある 他の流路、回路素子の断面積より小さい流路として構成されてなる特許請求の範 囲第４項記載の流体回路。 ６．フィルタ及び所定長の流路により流体発振器の動作に因るノイズが減衰され 且つフィルタの共振に寄与するノイズが実質的に除去されてなる特許請求の範囲 第５項記載の流体回路。 ７．所定長が発振すべく構成される流体発振器の周波数範囲の最高周波数に関連 する波長の約１５％でなる特許請求の範囲第６項記載の流体回路。 ８．２個の入力チャネルを有する最終段の流体増幅器を備え、各入力チャネルが 別個の流体路を介し別個の流体発振器と運通され、流体発振器が別個の逃がし路 を介し共通逃がし部と連通され、入力チャネルと流体発振器との間を流体信号が 移動される流体測定システムにおいて、別個の各流体路内において流体発振器の 動作で生じるノイズを減衰する工程と、各逃がし路において流体発振器の動作で 生じるノイズを減衰する工程とを包有してなるＳ／Ｎ比を改善する方法。 ９．各減衰工程が誘導素子と容量素子と誘導素子との直列回路を介し流体を通過 させることにより実行されてなる特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０．各誘導素子が所定長の流体路として形成され、直列回路により流体発振器 の動作で生じるノイズが減衰され且つ直列回路の共振に寄与するノイズが実質的 に除去されるように所定長が設定されてなる特許請求の範囲第９項記載の方法。