JPH0628698Y2

JPH0628698Y2 - サ−ボ型受振器

Info

Publication number: JPH0628698Y2
Application number: JP4147487U
Authority: JP
Inventors: 勇横井
Original assignee: TOKYO SOKUSHIN CO., LTD.
Current assignee: TOKYO SOKUSHIN CO., LTD.
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2002-03-23
Also published as: JPS63150377U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、同一の装置から速度出力、加速度出力など
が同時に検出できるようになされた、航法装置や地震計
などに適用して好適なサーボ型受振器に関する。

［従来の技術］サーボ型受振器は周知のように、通常の受振器に比べ、
高精度をもって振動現象を測定することができる。この
ような、受振器のうちサーボ型加速度受振器の一例を第
３図に示す。

同図において、１はこの種サーボ型加速度受振器の要部
を示し、振子２の振動変位は変位検出器３によって電気
信号に変換され、この変位出力がアンプ４を介して駆動
部５の可動部９に供給される。

駆動部５は振子２を常に平衡点へ戻そうとする復原力を
発生されるためのもので、可動部９は振子２と機械的に
連結された構成となされる。

変位出力はこの駆動部５を介して負荷抵抗器６に供給さ
れ、その両端から導出された端子１３より検出出力（加
速度出力）が得られるようになされている。

すなわち、振子２に対して加速度が作用してこの振子２
がその平衡点からずれると、このずれの量、つまり変位
量が変位検出器３によって検出される。変位出力は駆動
部５を介して負荷抵抗器６に供給されるため、振子２に
作用した加速度が電気信号Ｅに変換された状態で出力さ
れることになる。

なお、変位出力は駆動部５にも供給されているので、こ
れによって駆動部５には変位量に比例した電気的な復原
力が発生し、これに基づいて振子２が平衡点に戻され
る。つまり、駆動部５の作用によって振子２が原位置に
復原するようなサーボ力が作用することになる。

［考案が解決しようとする問題点］ところで、上述のように構成された加速度受振器１は、
その出力端子１３からは加速度出力Ｅしか得ることがで
きない。

従って、同じ振動源からの変位情報に基づいて加速度出
力の他に、変位出力や速度出力などを検出しようとする
と、加速度受振器の他に変位受振器、速度受振器を用意
しなければならない。

しかし、これらの受振器はいづれも同一の原理に基づい
て構成されているものであるから、その内部構成も類似
する点が非常に多い。

そこで、この考案ではこのような従来の問題点を構成簡
単に解決したものであって、１台の受振器から速度出力
や加速度出力などのように、別々の特性の検出出力が同
時に検出できるようにしたサーボ型受振器を提案するも
のである。

［問題点を解決するための技術的手段］上述の問題点を解決するため、この考案においては、重
力の作用によって振動する振子と、この振子の変位量を
検出する変位検出器と、その変位出力を微分する微分回
路と、振子に対する復原力を発生する駆動部と、この駆
動部を介して供給される上記微分出力を電圧変換する電
圧変換手段とからなる。

そして、変位検出器の出力端より上記振子の変位から受
振器の空間に対する速度出力が検出されると共に、この
速度検出と同時に電圧変換手段より受振器の空間に対す
る加速度出力が検出されるようになされたことを特徴と
するものである。

［作用］振子２の変位は変位検出器３によって検出される。この
変位は単位時間当りの変位量であるから、その出力端子
１１には振子２に加えられた変位成分（振動成分）のう
ちの速度成分が得られる。速度出力Ｅ１は微分されるか
ら、電圧変換手段として機能する負荷抵抗器６に供給さ
れる。この負荷抵抗器６の両端から導出された出力端子
１３からは速度出力Ｅ１の微分出力である加速度出力Ｅ
２が得られる。

このように、微分回路２０を介在させるだけで、変位成
分のうち速度成分と加速度成分の双方を同時に検出する
ことができる。

［実施例］続いて、この考案に係るサーボ型受振器の一例を第１図
以下を参照して詳細に説明する。

第１図において、振子２は一対の支持バネ１５Ａ，１５
Ｂによって支持されると共に、その一部には減衰器１６
が接続されている。

振子２に作用した振動は変位検出器３によって、その速
度成分（電気信号）が検出され、これがアンプ４を介し
て出力端子１１に導出される。従って、端子１１には振
子２に作用した振動成分のうち速度出力Ｅ１が検出され
たことになる。

出力端子１１に得られた速度出力Ｅ１はさらに微分回路
２０を経て駆動部５を構成する可動部９の可動コイル９
ａに供給される。

これによって、可動部９には速度出力Ｅ１の微分出力
（電流）の大きさに対応した復原力が働き、振子２が元
位置に戻される力が得られる。

駆動部５は図示するように、円筒状をなすコア７と、そ
の中心部に設けられた永久磁石８と、この永久磁石８の
磁路（空気）中に配された可動部９で構成されている。

微分出力はさらに負荷抵抗器６に供給されて電圧出力に
変換される。従って、この負荷抵抗器６の両端に設けら
れた出力端子１３には速度出力Ｅ１を微分した加速度出
力Ｅ２が得られることになる。

このように微分回路２０の前段及び後段に出力端子１
１，１３を導出すれば、その一方から振動成分のうち速
度成分が、他方から加速度成分が夫々同時に検出される
ことになる。

続いて、速度及び加速度の検出動作を数式を用いて説明
することにする。まず、以下のように各定数を定める。

ｍ；振子２の質量ｋ；支持バネ１５Ａ，１５Ｂのバネ定数Ｄ；減衰器１６の定数ｘ；振子２の変位、つまり受振器ケースに対する変位ｙ；受振器の変位量、つまりケースの空間に対する変位Ａｓ；変位検出部３の定数（電圧／変位）Ａ；アンプ４の増幅率Ａｄ；微分回路２０の微分定数（電圧／速度）Ａｆ；駆動部５の定数（力／電流）ＲＬ；負荷抵抗ｉｏ；駆動コイル９ａと負荷抵抗６に流れる電流振子２の運動方程式は次式で与えられる。

ここに、右辺は振子２に働く外力の総和であって、右辺
第１項は減衰器１６の制御力、第２項は支持バネ１５
Ａ，１５Ｂの復原力、第３項は可動コイル９ａの電磁力
であり、また第４項は振動加速度による慣性力である。

電流ｉｏは、Ｋを定数として（２）式のように表され
る。

従って、（１）式は（３）式のようになる。

ここで（３）式、左辺第２項の増幅率Ａを大きく設定す
ると、（３）式は近似的に（４）式のように表すことが
できる。

この（４）式から明らかなように、振子２の変位量ｘ
は、受振器１の空間に対する変位ｙの速度（ｄ／ｄｔ）
に比例することになる。従って、増幅器出力Ｅ１はＥ_１＝As・X・A……(5) （４）式のｘを（５）式に代入するととなる。このように、出力端子１１に得られる出力Ｅ１
は、受振器１の空間に対する変位ｙを微分したものであ
るから、出力Ｅ１は速度出力となる。

一方、出力端子１３に得られる出力Ｅ２はＥ_２＝io・R_L……(7) （４）式のｘを（２）式に代入すると、従って、その結果、出力Ｅ２は変位ｙに対する加速度（ｄ^２／ｄ
ｔ^２）に比例した信号となる。

このように、微分回路２０を設けることによって、振動
変位に対する速度出力Ｅ１と加速度出力Ｅ２とを、１台
の受振器１で同時に得ることができる。

第２図は微分回路２０の具体例であって、この例ではコ
ンデンサＣ１と帰還抵抗器Ｒ１との直列回路よりなる時
定数回路２１とオペアンプ２２とで構成される。なお、
抵抗器Ｒ１は接地するのではなく出力端子１３に接続さ
れる。

この構成において、コンデンサＣ１を流れる電流をｉ
１、抵抗器Ｒ１の両端電圧（オペアンプ２２の入力電
圧）をＥ_０とし、またオペアンプ２２は理想アンプとす
れば、夫々（１０）、（１１）式が成立する。ただし、
ｉ１＜＜ｉｏとする。

（１０）式を微分して（１１）式に代入するとこれに（５）式のＥ１を代入すると（１３）式を（１）に代入し、（４）及び（６）式と同
様にＥ１を求めると（１４）式の通りとなる。

その結果、出力電圧Ｅ１は（６）式と同様に変位ｙの速
度に比例した出力となる。Ｅ２は、この回路においても
（９）式と同一の結果となる。

ここで、Ｅ１，Ｅ２の値は、負荷抵抗６、振子２の質量
ｍ、微分用抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１及び永久磁石８
と可動コイル９よりなる駆動部５のみによって決定され
る。これらは、いずれも安定かつ高精度の部品が入手で
きるため、容易に高精度の受振器を製作することが可能
である。

［考案の効果］以上説明したように、この考案によれば微分回路２０を
設け、変位検出器３の出力と、これをさらに微分した出
力とを同時に得るように構成したものである。

これによれば、一方の出力端子１１からは変位ｙの微分
出力である速度出力Ｅ１が得られ、これと同時に他方の
出力端子１３からは速度出力Ｅ１の微分出力である変位
ｙの加速度出力Ｅ２が得られる。

従って、１台の受振器でも特性の異なる複数の信号を同
時に得ることができる。そのため、変位測定装置全体の
構成を大幅に簡略化できる。

また、サーボ型受振器では、速度と加速度出力を安定
に、しかも精度よく検出できるから、高精度の受振器を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係るサーボ型受振器の一例を示す要
部の構成図、第２図は微分回路の具体例を示す接続図、
第３図は従来のサーボ型加速度受振器の構成図である。１……サーボ型受振器２……振子３……変位検出器５……駆動部６……負荷抵抗器２０……微分回路Ｅ１……速度出力Ｅ２……加速度出力

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】重力の作用によって振動する振子と、この振子の変位量を検出する変位検出器と、その変位出力を微分する微分回路と、上記振子に対する復原力を発生する駆動部と、この駆動部を介して供給される上記微分出力を電圧変換
する電圧変換手段とからなり、上記変位検出器の出力端より上記振子の変位から受振器
の空間に対する速度出力が検出されると共に、この速度
検出と同時に上記電圧変換手段より受振器の空間に対す
る加速度出力が検出されるようになされたことを特徴と
するサーボ型受振器。