JPH0650320B2 - 応力補償変換器 - Google Patents
応力補償変換器Info
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- JPH0650320B2 JPH0650320B2 JP1506888A JP50688889A JPH0650320B2 JP H0650320 B2 JPH0650320 B2 JP H0650320B2 JP 1506888 A JP1506888 A JP 1506888A JP 50688889 A JP50688889 A JP 50688889A JP H0650320 B2 JPH0650320 B2 JP H0650320B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P1/00—Details of instruments
- G01P1/006—Details of instruments used for thermal compensation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/13—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position
- G01P15/132—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position with electromagnetic counterbalancing means
-
- G—PHYSICS
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- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、一般的には、加速度を検出するための変換
器（transducer）に、特に、標準錘（proof mass）が不
均衡適用力を受ける支持構造体に片持ち状態で取り付け
られた変換器に関する。
器（transducer）に、特に、標準錘（proof mass）が不
均衡適用力を受ける支持構造体に片持ち状態で取り付け
られた変換器に関する。
背景情報 従来のある種の変換器においては、支持環状リングの一
側部が２つの対向スタータ間に、片持ち状態でクランプ
されている。一対の屈曲部がリングの他側部から内方に
延びて、ディスク状標準錘を支持するようになってい
る。標準錘の各面にはトルクコイルが取り付けられてお
り、このコイルは、標準錘が変位した際に、その錘をス
テータに対して中心位置へ復帰させるように作動する。
コイルを包囲して、プレート状ピックオフコンデンサ領
域が設けられている。屈曲部上の電気通路が、トルクコ
イルおよびピックオフコンデンサ領域を、支持体上のリ
ード線に連結している。この種の変換器の代表例はこの
発明と同一の譲受人に譲渡された米国特許第 4,250,757
号明細書に詳細に示されている。
側部が２つの対向スタータ間に、片持ち状態でクランプ
されている。一対の屈曲部がリングの他側部から内方に
延びて、ディスク状標準錘を支持するようになってい
る。標準錘の各面にはトルクコイルが取り付けられてお
り、このコイルは、標準錘が変位した際に、その錘をス
テータに対して中心位置へ復帰させるように作動する。
コイルを包囲して、プレート状ピックオフコンデンサ領
域が設けられている。屈曲部上の電気通路が、トルクコ
イルおよびピックオフコンデンサ領域を、支持体上のリ
ード線に連結している。この種の変換器の代表例はこの
発明と同一の譲受人に譲渡された米国特許第 4,250,757
号明細書に詳細に示されている。
この種の変換器に関連する問題点は、リングの平面に直
交する方向に支持リングに力が作用し、リングにたわみ
を生じさせる場合に生ずる。支持リングの線形的および
角度的なたわみが、屈曲部を介して標準錘に移行され
て、コンデンサの重心、すなわち小さい移動量に対する
ピックオフコンデンサの有効中心が、頂部および底部ス
テータ間のほぼ中心に存するその正常位置から移動され
る。トルクコイルは標準錘をその元の位置に復帰させる
ことにより、コンデンサ重心の偏倚に反作用を与える。
しかし、屈曲部を曲げることとなる標準錘の再位置決め
があったことから、屈曲部により及ぼされるモーメント
と平衡をとるために連続的復帰トルクが必要である。そ
の結果、変換器からの出力信号はバイアスシフト成分を
包含する。
交する方向に支持リングに力が作用し、リングにたわみ
を生じさせる場合に生ずる。支持リングの線形的および
角度的なたわみが、屈曲部を介して標準錘に移行され
て、コンデンサの重心、すなわち小さい移動量に対する
ピックオフコンデンサの有効中心が、頂部および底部ス
テータ間のほぼ中心に存するその正常位置から移動され
る。トルクコイルは標準錘をその元の位置に復帰させる
ことにより、コンデンサ重心の偏倚に反作用を与える。
しかし、屈曲部を曲げることとなる標準錘の再位置決め
があったことから、屈曲部により及ぼされるモーメント
と平衡をとるために連続的復帰トルクが必要である。そ
の結果、変換器からの出力信号はバイアスシフト成分を
包含する。
標準錘支持構造体に及ぼされる不均衡外力は、種々の原
因から生じる。たとえば、a)支持体に連結される金フラ
イワイヤが、金のクリープ特性により時間経過と共に弛
緩する残留力を作用させること、b)支持体に適用される
弾性減衰材料が、環境の熱変化により構造体に不均衡力
を発生させること、c)静電荷を支持体とその隣接の面と
の間に吸引力または反発力を発生させること、d)支持体
の片持ち部分がステータの隣接部分に汚染粒子を介して
接触する場合は、あるいは組立て誤差により、予負荷変
動および熱変動変形が生じること、等による。
因から生じる。たとえば、a)支持体に連結される金フラ
イワイヤが、金のクリープ特性により時間経過と共に弛
緩する残留力を作用させること、b)支持体に適用される
弾性減衰材料が、環境の熱変化により構造体に不均衡力
を発生させること、c)静電荷を支持体とその隣接の面と
の間に吸引力または反発力を発生させること、d)支持体
の片持ち部分がステータの隣接部分に汚染粒子を介して
接触する場合は、あるいは組立て誤差により、予負荷変
動および熱変動変形が生じること、等による。
標準錘支持体に及ぼされる動的不均衡力源は、支持体に
対する「ｇ」力（加速度の力）の負荷により生じる。こ
の場合、バイアスシフトは加速度の線形関数であり、し
たがって変換器の目盛指数のシフトとして現れる。時間
と共に生じるこの種の目盛指数のみかけシフトは、変換
器が支持体の共鳴周波数付近の周波数の振動を受ける
時、重大問題を発生する。支持体に対するこのような動
的に誘引される負荷の全体的効果は、ある周波数領域に
おいて、振動整流誤差(vibration rectification erro
r)として表示される。
対する「ｇ」力（加速度の力）の負荷により生じる。こ
の場合、バイアスシフトは加速度の線形関数であり、し
たがって変換器の目盛指数のシフトとして現れる。時間
と共に生じるこの種の目盛指数のみかけシフトは、変換
器が支持体の共鳴周波数付近の周波数の振動を受ける
時、重大問題を発生する。支持体に対するこのような動
的に誘引される負荷の全体的効果は、ある周波数領域に
おいて、振動整流誤差(vibration rectification erro
r)として表示される。
静的あるいは動的に誘引される不均衡負荷にかかわら
ず、支持要素のたわみは前述の従来のタイプの変換器の
出力に、望ましくないバイアスシフトまたはエラー信号
をもたらす。この発明は、原因に関係なく前述のような
力による支持体のたわみを補償し、それによって生じる
であろう変換器の出力におけるバイアスシフトおよび動
的信号エラーを最小にすることを目的としている。
ず、支持要素のたわみは前述の従来のタイプの変換器の
出力に、望ましくないバイアスシフトまたはエラー信号
をもたらす。この発明は、原因に関係なく前述のような
力による支持体のたわみを補償し、それによって生じる
であろう変換器の出力におけるバイアスシフトおよび動
的信号エラーを最小にすることを目的としている。
発明の概要 この発明は前述のタイプの変換器、すなわち可動標準錘
の表面にプレート型ピックオフコンデンサ領域を有する
タイプの変換器に適用される。ピックオフコンデンサ領
域に関連して、コンデンサ重心が設けられる。標準錘が
柔軟性片持ちアームにより支持体の側部に取り付けら
れ、したがって、支持体の面にほぼ整合する平面に対し
て横切る横断方向に移動可能になる。支持体はステータ
装置内に片持ち状態で取り付けられる。
の表面にプレート型ピックオフコンデンサ領域を有する
タイプの変換器に適用される。ピックオフコンデンサ領
域に関連して、コンデンサ重心が設けられる。標準錘が
柔軟性片持ちアームにより支持体の側部に取り付けら
れ、したがって、支持体の面にほぼ整合する平面に対し
て横切る横断方向に移動可能になる。支持体はステータ
装置内に片持ち状態で取り付けられる。
さらに、変換器は、ピックオフコンデンサ領域の移動量
を検出することにより前記横断方向に沿う変換器の移動
の変化を検出する手段と、移動を解消するために復帰信
号を発信し、かつ復帰信号により定まり移動量の変化を
表示する出力信号を発信する手段と、を備えている。
を検出することにより前記横断方向に沿う変換器の移動
の変化を検出する手段と、移動を解消するために復帰信
号を発信し、かつ復帰信号により定まり移動量の変化を
表示する出力信号を発信する手段と、を備えている。
横断方向の成分を有すると共に支持体に及ぼされる不均
衡力は、この発明によるいくつかの方法により補償され
る。その補償を可能にするためのこの発明の基本的前提
は、コンデンサ重心を、たわみ軸線（不均衡力が作用さ
れている場合に、支持体がこのたわみ軸線を中心にたわ
む）に整合し、コンデンサ重心が前記不均衡力によりた
わまないようにしなけれじならない。この条件を達成す
るための方法の一つは、支持体と、該支持体が取り付け
られるステータ装置との間に配置された複数のパッドの
配置状態を変更することである。従来の設計形態におけ
るように広く間隔を設ける代わりに、パッドは、片持ち
アームがピックオフコンデンサを支持体に連結する位置
の反対側で、支持体の比較的短いセグメントにおいて相
互に緊密にグループ化される。このように、取付けパッ
ドを緊密にグループ化することにより、不均衡力状態で
支持体がたわむ中心となる軸線が移動されて、それがコ
ンデンサ重心と整合される。
衡力は、この発明によるいくつかの方法により補償され
る。その補償を可能にするためのこの発明の基本的前提
は、コンデンサ重心を、たわみ軸線（不均衡力が作用さ
れている場合に、支持体がこのたわみ軸線を中心にたわ
む）に整合し、コンデンサ重心が前記不均衡力によりた
わまないようにしなけれじならない。この条件を達成す
るための方法の一つは、支持体と、該支持体が取り付け
られるステータ装置との間に配置された複数のパッドの
配置状態を変更することである。従来の設計形態におけ
るように広く間隔を設ける代わりに、パッドは、片持ち
アームがピックオフコンデンサを支持体に連結する位置
の反対側で、支持体の比較的短いセグメントにおいて相
互に緊密にグループ化される。このように、取付けパッ
ドを緊密にグループ化することにより、不均衡力状態で
支持体がたわむ中心となる軸線が移動されて、それがコ
ンデンサ重心と整合される。
不均衡力が片持ちアームに、その他方の縁部よりも一方
の縁部に近い位置で作用される場合、前述の補償は、前
記位置から遠い方の標準錘の側に設けたコンデンサ領域
を、前記位置に近い方の標準錘の側に設けたコンデンサ
領域よりも大きくし、それによりコンデンサ重心をたわ
み軸線に整合するように移動させることにより達成され
る。
の縁部に近い位置で作用される場合、前述の補償は、前
記位置から遠い方の標準錘の側に設けたコンデンサ領域
を、前記位置に近い方の標準錘の側に設けたコンデンサ
領域よりも大きくし、それによりコンデンサ重心をたわ
み軸線に整合するように移動させることにより達成され
る。
別の例においては、支持体は第１および第２の一体スロ
ットを包含し、これらスロットは、不均衡力が作用され
る支持体の側の方向にほぼ延びる２つのモーメントアー
ムを画定する。取付けパッドがステータ装置および支持
体間で、モーメントアームの端部に配置される。モーメ
ントアームは、支持体のたわみの中心である軸線をシフ
トし、それをコンデンサ重心に整合させ、支持体に適用
される不均衡力を補償させる機能を有する。
ットを包含し、これらスロットは、不均衡力が作用され
る支持体の側の方向にほぼ延びる２つのモーメントアー
ムを画定する。取付けパッドがステータ装置および支持
体間で、モーメントアームの端部に配置される。モーメ
ントアームは、支持体のたわみの中心である軸線をシフ
トし、それをコンデンサ重心に整合させ、支持体に適用
される不均衡力を補償させる機能を有する。
さらに、この発明は、前述のように支持体に作用される
不均衡力の補償を達成する方法を提供する。
不均衡力の補償を達成する方法を提供する。
図面の簡単な説明 第１図はこの発明が適用される変換器の断面図である。
第２図は従来の変換器の標準錘および支持構造体の平面
図である。
図である。
第３図は、第２図に示される従来の変換器の支持リング
のたわみ（誇張されている）をもたらす、作用力による
コンデンサの重心の移動を示す立面図である。
のたわみ（誇張されている）をもたらす、作用力による
コンデンサの重心の移動を示す立面図である。
第４図はこの発明の標準錘および支持リング構造体の第
１実施例を示す平面図である。
１実施例を示す平面図である。
第５図は支持リングに不均衡力が作用された後におけ
る、第４図に示される第１実施例を示す立面図である。
る、第４図に示される第１実施例を示す立面図である。
第６図はたわみ力が柔軟屈曲部の端部に隣接する位置に
作用される場合における、この発明の第２実施例の標準
錘および支持リング構造体を示す平面図である。
作用される場合における、この発明の第２実施例の標準
錘および支持リング構造体を示す平面図である。
第７図は作用された不均衡力による支持構造体のたわみ
（誇張されている）を示す、第６図の第２実施例の立面
図である。
（誇張されている）を示す、第６図の第２実施例の立面
図である。
第８図はこの発明の第３実施例の平面図である。
第９図は、第８図に示される第３実施例の支持構造体の
たわみ（誇張されている）をもたらす力が作用された結
果を示す立面図である。
たわみ（誇張されている）をもたらす力が作用された結
果を示す立面図である。
第１０図は片持ち支持された支持アーム、および片持ち
支持された標準錘の幾何形状図である。
支持された標準錘の幾何形状図である。
第１１図は、たわみ力作用後の第１０図に示される形態
の立面図である。
の立面図である。
第１２図は第３実施例に関連するこの発明の第４実施例
の平面図である。
の平面図である。
第１３図は第４実施例の立面図である。
第１４図は第５実施例の平面図である。
第１５図は第５実施例の側面図である。
好ましい実施例の開示 第１図を参照すると、変換器20が示されており、これは
所定の軸線に沿う方向の加速度を表示する信号を発信す
るように用いられる。変換器20は第１および第２のステ
ータ22、24を備え、それぞれ、互いに対向して同軸に配
置された第１及び第２の磁石26、28を有している。ステ
ータ22、24は、支持リング32の両面に配置されたパッド
30に圧着されている。したがって、支持リング32はステ
ータ22，24間に、その周縁の一側部に沿って取り付けら
れる。
所定の軸線に沿う方向の加速度を表示する信号を発信す
るように用いられる。変換器20は第１および第２のステ
ータ22、24を備え、それぞれ、互いに対向して同軸に配
置された第１及び第２の磁石26、28を有している。ステ
ータ22、24は、支持リング32の両面に配置されたパッド
30に圧着されている。したがって、支持リング32はステ
ータ22，24間に、その周縁の一側部に沿って取り付けら
れる。
ディスク状標準錘34が片持ちアームにより支持リング32
の内周縁の内側で片持ち支持状態で取り付けられてお
り、前記片持アームは、支持リング32の内周縁から、取
付けパッド30が配置される側部方向に延設される屈曲部
38から成る。標準錘34はほぼ平坦な面を有し、そこから
円筒形トルクコイル36が各側に延設されて、磁石26、28
を部分的に包囲している。標準錘34の両面（トルクコイ
ル36の周縁の外側）は、ピックオフコンデンサ領域40を
構成する金属層でコーティングされている。ピックオフ
コンデンサ領域40にはコンデンサ重心が設けられ、これ
はピックオフコンデンサ領域40のコンデンサ（静電容
量）中心として定義される。
の内周縁の内側で片持ち支持状態で取り付けられてお
り、前記片持アームは、支持リング32の内周縁から、取
付けパッド30が配置される側部方向に延設される屈曲部
38から成る。標準錘34はほぼ平坦な面を有し、そこから
円筒形トルクコイル36が各側に延設されて、磁石26、28
を部分的に包囲している。標準錘34の両面（トルクコイ
ル36の周縁の外側）は、ピックオフコンデンサ領域40を
構成する金属層でコーティングされている。ピックオフ
コンデンサ領域40にはコンデンサ重心が設けられ、これ
はピックオフコンデンサ領域40のコンデンサ（静電容
量）中心として定義される。
従来の支持リングおよび標準錘装置が第２図に示されて
おり、ここでは隣合う導電面の漂遊容量ないし漂遊コン
デンサを包含するコンデンサ重心は、最も広く配置され
た支持パッド30間に延びる線にほぼ整合している。ピッ
クオフコンデンサ領域40は導電通路52に電気的に連結さ
れており、この導電通路は、ピックオフコンデンサ領域
40から屈曲部38を横切って支持リング32へ延びる金属層
で構成される。金フライワイヤ50が導電通路52の端部に
接触し、ステータ装置への導電通路を提供する。
おり、ここでは隣合う導電面の漂遊容量ないし漂遊コン
デンサを包含するコンデンサ重心は、最も広く配置され
た支持パッド30間に延びる線にほぼ整合している。ピッ
クオフコンデンサ領域40は導電通路52に電気的に連結さ
れており、この導電通路は、ピックオフコンデンサ領域
40から屈曲部38を横切って支持リング32へ延びる金属層
で構成される。金フライワイヤ50が導電通路52の端部に
接触し、ステータ装置への導電通路を提供する。
従来の支持リング32は広い間隔のパッド30（すなわち第
２図に示されるように、端のパッド30はほぼ支持リング
32の直径に整合している）に取り付けられ、そこで第３
図に矢印44で示されるように適用される不均衡力を受け
るようになっている。この力は所定の軸線に平行な方向
の成分を有している。このようなたわみ力の種々の発生
源および原因については前述したので、ここで繰返す必
要はないであろう。第３図に誇張して示されるように、
力44は支持リング32を下方にたわませる。支持リング32
の下方へのたわみにより、コンデンサ重心42は上方へ符
号48の距離だけ垂直移動する。コンデンサ重心42が、そ
の「正常」または原位置、すなわち第１および第２のス
テータ22、24間の中心位置から符号48の距離移動するこ
とにより、トルクコイル36は第１および第２の磁石26、
28に対して磁気復帰力を発生し、それにより、コンデン
サ重心42をその原位置に復帰させる曲げモーメントが屈
曲部38の回りにもたらされる。トルクコイル36によりも
たらされる復帰作用の結果、第３図に示される従来の変
換器からの出力信号はバイアスエラー、すなわち片寄り
成分を包含する。
２図に示されるように、端のパッド30はほぼ支持リング
32の直径に整合している）に取り付けられ、そこで第３
図に矢印44で示されるように適用される不均衡力を受け
るようになっている。この力は所定の軸線に平行な方向
の成分を有している。このようなたわみ力の種々の発生
源および原因については前述したので、ここで繰返す必
要はないであろう。第３図に誇張して示されるように、
力44は支持リング32を下方にたわませる。支持リング32
の下方へのたわみにより、コンデンサ重心42は上方へ符
号48の距離だけ垂直移動する。コンデンサ重心42が、そ
の「正常」または原位置、すなわち第１および第２のス
テータ22、24間の中心位置から符号48の距離移動するこ
とにより、トルクコイル36は第１および第２の磁石26、
28に対して磁気復帰力を発生し、それにより、コンデン
サ重心42をその原位置に復帰させる曲げモーメントが屈
曲部38の回りにもたらされる。トルクコイル36によりも
たらされる復帰作用の結果、第３図に示される従来の変
換器からの出力信号はバイアスエラー、すなわち片寄り
成分を包含する。
力44が作用される支持リング32上の点から、標準錘34
（トルクコイル36の復帰作用の前）の平面を通って延び
る仮想線は、第２線46、すなわち仮想線に直交すると共
に、コンデンサ重心42の正常位置の直上に配置される第
２線46を画定するための基準線とされる。この第２線46
は、力44により支持リングがたわむ中心となる直線であ
り、「たわみ軸線」と定義される。
（トルクコイル36の復帰作用の前）の平面を通って延び
る仮想線は、第２線46、すなわち仮想線に直交すると共
に、コンデンサ重心42の正常位置の直上に配置される第
２線46を画定するための基準線とされる。この第２線46
は、力44により支持リングがたわむ中心となる直線であ
り、「たわみ軸線」と定義される。
第４図および第５図において、使用される不均衡力44を
補償するための第１の手段が開示されている。総体的に
符号100で示されるこの発明のこの第１実施例におい
て、第２図および第３図に示される従来の変換器は、最
外部支持パッド30を中央支持パッド30と緊密にグループ
化されるように移動するという変形がなされており、し
たがって、すべてのパッド30は従来の設計形態における
ものより、支持リング32の比較的短い円弧部分に配置さ
れる。明瞭化のために、トルクコイル36はこの実施例に
おいて図示されておらず、この発明の他の実施例を示す
図面においても示されていない。第５図に示されるよう
に、たわみ軸線102（たわみ軸線46として定義されたも
の）は、コンデンサ重心42と整合している。その結果、
不均衡力44はコンデンサ重心42をその正常位置からたわ
ませることはなく、また、トルクコイル36は復帰力を発
生しない。したがって、変換器の出力には、支持リング
32のたわみによるバイアス信号エラーは含まれていな
い。
補償するための第１の手段が開示されている。総体的に
符号100で示されるこの発明のこの第１実施例におい
て、第２図および第３図に示される従来の変換器は、最
外部支持パッド30を中央支持パッド30と緊密にグループ
化されるように移動するという変形がなされており、し
たがって、すべてのパッド30は従来の設計形態における
ものより、支持リング32の比較的短い円弧部分に配置さ
れる。明瞭化のために、トルクコイル36はこの実施例に
おいて図示されておらず、この発明の他の実施例を示す
図面においても示されていない。第５図に示されるよう
に、たわみ軸線102（たわみ軸線46として定義されたも
の）は、コンデンサ重心42と整合している。その結果、
不均衡力44はコンデンサ重心42をその正常位置からたわ
ませることはなく、また、トルクコイル36は復帰力を発
生しない。したがって、変換器の出力には、支持リング
32のたわみによるバイアス信号エラーは含まれていな
い。
第６図および第７図に、総体的に符号120で示されるこ
の発明の第２実施例が示され、この実施例では、たわみ
力132が支持リング32に対して、片持ちアームの他方の
縁部よりも一方の縁部に実質的に近接する点、すなわち
他方の屈曲部38よりも一方の屈曲部38に近い点に作用さ
れる。力132を補償する装置が設けられない場合、第２
図および第３図に示される従来の変換器は、作用される
不均衡力132の結果としてバイアスエラー信号を発信す
る。力132によりもたらされる支持リング32の「中心を
外れた」たわみを補償するため、この発明の第２実施例
120には、前のコンデンサ重心42からシフト（移動）さ
れたコンデンサ重心128が設けられている。コンデンサ
重心128の配置の変更は、ピックオフコンデンサ領域を
非対称分布状態に設けることにより達成される。比較的
大きなプレート状コンデンサ領域124が標準錘34上の或
る部位に配置され、この部位は、第２の小さいピックオ
フコンデンサ領域122の配置部位よりも、力132が適用さ
れる点から比較的離れている。ピックオフコンデンサ領
域124、122の相対的な寸法および配置構成は、コンデン
サ重心128が、作用された力132によりもたらされる支持
リング32のたわみに関連するたわみ軸線130上にシフト
されるように、選択される。コンデンサ重心128とたわ
み軸線130との一致により、コンデンサ重心128は、支持
リング32の第１および第２ステータ22、24間のその正常
中心位置から移動されることはなく、したがって、第２
実施例120が適用される変換器からの出力信号はバイア
スエラーを包含しない。また、支持リングの（負荷に最
も近接する側において）幅または肉厚を増大し、あるい
はその長さを減少させることにより剛性化することによ
り、そして領域124、122の代わりにピックオフコンデン
サ領域40を利用することにより、同様な機械的効果が得
られる。
の発明の第２実施例が示され、この実施例では、たわみ
力132が支持リング32に対して、片持ちアームの他方の
縁部よりも一方の縁部に実質的に近接する点、すなわち
他方の屈曲部38よりも一方の屈曲部38に近い点に作用さ
れる。力132を補償する装置が設けられない場合、第２
図および第３図に示される従来の変換器は、作用される
不均衡力132の結果としてバイアスエラー信号を発信す
る。力132によりもたらされる支持リング32の「中心を
外れた」たわみを補償するため、この発明の第２実施例
120には、前のコンデンサ重心42からシフト（移動）さ
れたコンデンサ重心128が設けられている。コンデンサ
重心128の配置の変更は、ピックオフコンデンサ領域を
非対称分布状態に設けることにより達成される。比較的
大きなプレート状コンデンサ領域124が標準錘34上の或
る部位に配置され、この部位は、第２の小さいピックオ
フコンデンサ領域122の配置部位よりも、力132が適用さ
れる点から比較的離れている。ピックオフコンデンサ領
域124、122の相対的な寸法および配置構成は、コンデン
サ重心128が、作用された力132によりもたらされる支持
リング32のたわみに関連するたわみ軸線130上にシフト
されるように、選択される。コンデンサ重心128とたわ
み軸線130との一致により、コンデンサ重心128は、支持
リング32の第１および第２ステータ22、24間のその正常
中心位置から移動されることはなく、したがって、第２
実施例120が適用される変換器からの出力信号はバイア
スエラーを包含しない。また、支持リングの（負荷に最
も近接する側において）幅または肉厚を増大し、あるい
はその長さを減少させることにより剛性化することによ
り、そして領域124、122の代わりにピックオフコンデン
サ領域40を利用することにより、同様な機械的効果が得
られる。
この発明の第３実施例は第８図および第９図に示される
ように、総体的に符号150で示される。この実施例にお
いて、モーメントアーム152が支持リング154に設けられ
ている。このモーメントアーム152は「Ｌ」字形スロッ
ト156により画定され、このスロットの第１脚部は、支
持リング154の内周縁から半径方向外方に延びると共
に、第２脚部は周縁と並設されている。取付けパッド30
はモーメントアーム152の延長端部に取り付けられ、こ
れはコンデンサ重心42を通過する直線上にほぼ配置され
ている。モーメントアーム152間の中心であって、屈曲
部38の反対側には、他の取付けパッド30が第１実施例と
同様に配置されている。第９図に示されるように、モー
メントアーム152を設けることにより、たわみ軸線102が
コンデンサ重心42と整合するようにシフトされる。そし
て支持リング154に作用される力44は支持リング154を軸
線102の回りにたわませるが、コンデンサ重心42をその
正常位置から移動させることはない。その結果、第３実
施例を包含する変換器からの出力は、作用された不均衡
力44によるバイアスエラーを包含しない。
ように、総体的に符号150で示される。この実施例にお
いて、モーメントアーム152が支持リング154に設けられ
ている。このモーメントアーム152は「Ｌ」字形スロッ
ト156により画定され、このスロットの第１脚部は、支
持リング154の内周縁から半径方向外方に延びると共
に、第２脚部は周縁と並設されている。取付けパッド30
はモーメントアーム152の延長端部に取り付けられ、こ
れはコンデンサ重心42を通過する直線上にほぼ配置され
ている。モーメントアーム152間の中心であって、屈曲
部38の反対側には、他の取付けパッド30が第１実施例と
同様に配置されている。第９図に示されるように、モー
メントアーム152を設けることにより、たわみ軸線102が
コンデンサ重心42と整合するようにシフトされる。そし
て支持リング154に作用される力44は支持リング154を軸
線102の回りにたわませるが、コンデンサ重心42をその
正常位置から移動させることはない。その結果、第３実
施例を包含する変換器からの出力は、作用された不均衡
力44によるバイアスエラーを包含しない。
第１２図および第１３図において、この発明の第４実施
例が総体的に符号160で示される。支持リング162は弧状
スロット164を包含し、このスロット164は屈曲部38に隣
接して配置されると共に、軸心102で各端部が終端して
いる。一対の取付けパッド30はリング162の各側部にお
いて、屈曲部38に対向して配置される。対の付加的な狭
い取付けパッド166が支持リング162の各側部において、
支持リングの周縁のほぼ1/3だけ取付けパッド30から間
隔を有して設けられる。屈曲部38に隣接して支持リング
162（すなわち、スロット164の半径方向内方部分）に適
用される力44は、支持リング162を軸線102を中心として
下方へたわませるが、コンデンサ重心はその正常位置か
らたわむことはない。したがってスロット164は曲げ軸
線102をコンデンサ重心42と整合するようにシフトす
る。
例が総体的に符号160で示される。支持リング162は弧状
スロット164を包含し、このスロット164は屈曲部38に隣
接して配置されると共に、軸心102で各端部が終端して
いる。一対の取付けパッド30はリング162の各側部にお
いて、屈曲部38に対向して配置される。対の付加的な狭
い取付けパッド166が支持リング162の各側部において、
支持リングの周縁のほぼ1/3だけ取付けパッド30から間
隔を有して設けられる。屈曲部38に隣接して支持リング
162（すなわち、スロット164の半径方向内方部分）に適
用される力44は、支持リング162を軸線102を中心として
下方へたわませるが、コンデンサ重心はその正常位置か
らたわむことはない。したがってスロット164は曲げ軸
線102をコンデンサ重心42と整合するようにシフトす
る。
最後に、第５実施例が第１４図および第１５図に示され
ると共に、符号170で表示されている。第１４図に明瞭
に示されるように、標準錘172は屈曲部38に反対側に平
坦側部174を提供するように切断されている。支持リン
グ176は通常の方法により支持パッド30により取り付け
られる。ピックオフコンデンサ領域178は、トルクコイ
ル36の中心に対してほぼ対称の形態で標準錘に設けら
れ、コンデンサ重心42がトルクコイルの中心および軸線
102と一致するようになされている。支持リング176を軸
線102の回りにたわませるように適用される力44は、単
にトルクコイル36を前記軸線の回りに旋動させるだけ
で、コンデンサ重心をたわませることはない。
ると共に、符号170で表示されている。第１４図に明瞭
に示されるように、標準錘172は屈曲部38に反対側に平
坦側部174を提供するように切断されている。支持リン
グ176は通常の方法により支持パッド30により取り付け
られる。ピックオフコンデンサ領域178は、トルクコイ
ル36の中心に対してほぼ対称の形態で標準錘に設けら
れ、コンデンサ重心42がトルクコイルの中心および軸線
102と一致するようになされている。支持リング176を軸
線102の回りにたわませるように適用される力44は、単
にトルクコイル36を前記軸線の回りに旋動させるだけ
で、コンデンサ重心をたわませることはない。
たわみ軸線またはコンデンサ重心を整合するように適切
にシフトすることによる不均衡作用力44または132につ
いての補償は、作用された力の大きさに依存することは
明らかであるが、これが問題とならないことを次に示
す。この前提の証拠を、第１０図および第１１図に示さ
れるように単純化された四角形支持体・標準錘装置につ
いて示すが、その結果は円形またはそれより複雑な形状
の支持体・標準錘装置に等しく適用される。
にシフトすることによる不均衡作用力44または132につ
いての補償は、作用された力の大きさに依存することは
明らかであるが、これが問題とならないことを次に示
す。この前提の証拠を、第１０図および第１１図に示さ
れるように単純化された四角形支持体・標準錘装置につ
いて示すが、その結果は円形またはそれより複雑な形状
の支持体・標準錘装置に等しく適用される。
第１０図および第１１図において、それぞれ肉厚がｈお
よび幅がｂ／２の２つの平行支持体200が、長さＬにわ
たって延びている。支持体200は一端において、支持構
造体202から片持ち支持されると共に、他端において直
線部分に沿って互いに連結されており、その直線部分か
ら標準錘204が屈曲部206により片持ち支持されている。
中心点208（コンデンサ重心に対応する）は、支持アー
ム200の外方に延びる端部から距離ａで標準錘204に選定
され、矢印210に示されるように力Ｐが作用されて、支
持アーム200が符号212に示されるように、距離δだけた
わみを生じる。たわみまたは傾斜角度はθに等しい。
よび幅がｂ／２の２つの平行支持体200が、長さＬにわ
たって延びている。支持体200は一端において、支持構
造体202から片持ち支持されると共に、他端において直
線部分に沿って互いに連結されており、その直線部分か
ら標準錘204が屈曲部206により片持ち支持されている。
中心点208（コンデンサ重心に対応する）は、支持アー
ム200の外方に延びる端部から距離ａで標準錘204に選定
され、矢印210に示されるように力Ｐが作用されて、支
持アーム200が符号212に示されるように、距離δだけた
わみを生じる。たわみまたは傾斜角度はθに等しい。
弾性係数Ｅを有する四角形ビームのたわみに関する標準
式は、以下のとおりである。
式は、以下のとおりである。
δ＝４ＰＬ3/Ｅｂｈ3＝ＫδＰ アーム200の自由端の傾斜は、 θ＝６ＰＬ2/Ｅｂｈ3＝ＫθＰ である。しかし、ａ＝δ/tanθであり、小角度について
はtan θ（ラジアン）であるから、ａ＝δ／θとなる。
前式を代入すると、 ａ＝ＫδＰ/ＫθＰ＝Ｋδ/Ｋθ となる。したがって、長さ「ａ」で定められる点208の
位置は、所定の支持体・標準錘装置の不変特性に依存す
る２つの定数の比であり、これは小角度については、移
動量の大きさの関数とはならない。中心点208が無負荷
の基準位置線を横切る位置は、適用される荷重Ｐの大き
さには無関係である。したがって、コンデンサ重心を、
支持リングに作用される不均衡力の大きさに関係なく
（支持リングのたわみが小角度である限り）、たわみ軸
線に整合させることが常に可能である。
はtan θ（ラジアン）であるから、ａ＝δ／θとなる。
前式を代入すると、 ａ＝ＫδＰ/ＫθＰ＝Ｋδ/Ｋθ となる。したがって、長さ「ａ」で定められる点208の
位置は、所定の支持体・標準錘装置の不変特性に依存す
る２つの定数の比であり、これは小角度については、移
動量の大きさの関数とはならない。中心点208が無負荷
の基準位置線を横切る位置は、適用される荷重Ｐの大き
さには無関係である。したがって、コンデンサ重心を、
支持リングに作用される不均衡力の大きさに関係なく
（支持リングのたわみが小角度である限り）、たわみ軸
線に整合させることが常に可能である。
前述の証明が異なる断面およびテーパ付きのビームにつ
いても正しいことは、当業者にとって明らかであろう。
さらに任意の線形弾性構造物の小移動量については、移
動量および局部的傾斜は荷重の線形関数となる。したが
って、適切な自由標準錘において、移動に対する零点を
見付けることができ、その理由は、この点までの距離
（前述の式の「ａ」と同様のもの）が、作用された荷重
に無関係だからである。さらに、支持リング32または15
4に対して作用された力に関する補償が、第１実施例100
におけるようにパッド30を移動することにより、第２お
よび第５実施例120、170におけるようにコンデンサ重心
128を移動することにより、あるいは第３および第４実
施例150、160におけるように支持リング154を修正する
ことにより、達成され得ることが明らかであろう。
いても正しいことは、当業者にとって明らかであろう。
さらに任意の線形弾性構造物の小移動量については、移
動量および局部的傾斜は荷重の線形関数となる。したが
って、適切な自由標準錘において、移動に対する零点を
見付けることができ、その理由は、この点までの距離
（前述の式の「ａ」と同様のもの）が、作用された荷重
に無関係だからである。さらに、支持リング32または15
4に対して作用された力に関する補償が、第１実施例100
におけるようにパッド30を移動することにより、第２お
よび第５実施例120、170におけるようにコンデンサ重心
128を移動することにより、あるいは第３および第４実
施例150、160におけるように支持リング154を修正する
ことにより、達成され得ることが明らかであろう。
以上、この発明はいくつかの好ましい実施例について開
示したが、それについての修正が可能であることは明ら
かであろう。したがって、この発明はその開示内容ある
いは前述のような修正に限定されるものではなく、その
範囲は請求の範囲の記載内容により決定されるべきであ
る。
示したが、それについての修正が可能であることは明ら
かであろう。したがって、この発明はその開示内容ある
いは前述のような修正に限定されるものではなく、その
範囲は請求の範囲の記載内容により決定されるべきであ
る。
Claims (17)
- 【請求項１】(a) コンデンサ重心を有するピックオフコ
ンデンサプレートが適用される可動の標準錘と、 (b) 内部に標準錘が取り付けらられると共に、固定部分
および片持ち部分を包む支持体であって、前記標準錘が
柔軟性片持ちアームにより該支持体の側部に取り付けら
れると共に、それにより該支持体の面に整合する平面に
対して実質的に横切る横断方向に移動可能とされている
前記支持体と、 (c) 前記支持体の固定部分が取り付けられるステータ装
置であって、支持体の片持ち部分が、支持体の片持ち部
分に作用する不均衡力に応答して、ステータ装置に関す
るたわみ軸線の回りでたわみを生じるようにされ、かつ
前記不均衡力が前記横断方向に成分を有すると共に、前
記たわみ軸線が支持体の片持ち部分中に配置されている
ステータ装置と、 (d) ピックオフコンデンサプレートの移動量を検出する
ことにより、前記横断方向に沿う変換器の移動の変化を
検出する検出手段であって、前記移動を除去するために
復帰信号を発信し、かつ前記復帰信号の関数であると共
に、前記移動の変化を表示する出力信号を発信する発信
手段を包含しており、かつ不均衡力による支持体の片持
ち部分のたわみが、ピックオフコンデンサプレートの移
動をもたらすと共に、この移動が出力信号にバイアスシ
フトを発生させるようにされた前記検出手段と、 (e) 不均衡力による支持体のたわみを機械的に補償する
機械的補償手段であって、コンデンサ重心を、作用され
た不均衡力により支持体がたわむ中心となるたわみ軸線
に整合させ、コンデンサ重心が不均衡力により移動され
ることがなく、かつ出力信号のバイアスシフトが実質的
に防止されるようにした前記機械的補償手段と、 を備えている変換器。 - 【請求項２】前記機械的補償手段は、 片持ちアームがピックオフコンデンサを支持体に連結し
ている側とは反対側の支持体側部に沿って配置された支
持体の短い円弧部分に沿って、支持体をステータ装置に
対して取り付けると共に、コンデンサ重心が片持ちアー
ムと前記円弧部分との中間に配置されるようにした手段
を備えている請求項１記載の変換器。 - 【請求項３】不均衡力が支持体に対して、片持ちアーム
の他方の縁部より一方の縁部に近接する点において作用
され、かつ前記機械的補償手段が、前記点に近い側にて
標準錘に設けられたピックオフコンデンサプレート領域
よりも大きなピックオフコンデンサプレート領域を、前
記点により遠い側にて標準錘に設けて成り、それによ
り、コンデンサ重心を前記たわみ軸線に整合させるよう
にした請求項１記載の変換器。 - 【請求項４】支持体が第１および第２の一体スロットを
包含し、前記スロットが、不均衡力が作用される支持体
の側部方向にほぼ延びる２つのモーメントアームを画定
しており、前記モーメントアームの端部がパッドを包含
し、前記パッドが支持体を取り付けると共に、コンデン
サ重心を通る直線に整合されることにより、前記モーメ
ントアームが機械的補償手段を構成するようになってい
る請求項１記載の変換器。 - 【請求項５】不均衡力が作用される点のほぼ反対側であ
って、モーメントアームの中間の支持体側部に配置され
る支持体取付け用パッドをさらに備えている請求項４記
載の変換器。 - 【請求項６】モーメントアームが、支持体に配置された
一対のほぼＬ字形のスロットにより画定されている請求
項４記載の変換器。 - 【請求項７】支持体が一体スロットを包含し、前記スロ
ットが支持体を、ステータ装置に取り付けられる固定部
分と、片持ち部分とに分割しており、前記柔軟性片持ち
アームが標準錘を支持体の片持ち部分に取り付けている
請求項１記載の変換器。 - 【請求項８】前記スロットは、支持体の相対する側に配
置された第１点および第２点の間で支持体に沿って延設
されており、支持体の前記片持ち部分が不均衡力を機械
的に補償する手段を構成している請求項７記載の変換
器。 - 【請求項９】前記機械的補償手段が、復帰信号を発信す
る発信手段の中心にコンデンサ重心を位置決めする手段
を備えている請求項７記載の変換器。 - 【請求項１０】支持体内で片持ちアーム上に取り付けら
れるピックオフコンデンサプレートを有し、かつ前記支
持体自体が片持ち支持体として、複数の互いに隔置され
たパッドにより取り付けられている変換器であって、前
記支持体は、前記パッドに取り付けられる固定部分と、
該固定部分に連結される片持ち部分とを包含し、出力信
号のバイアスエラーが、支持体の片持ち部分に作用され
た不均衡力から生じるものであると共に、この不均衡力
により支持体の片持ち部分がたわみ軸線を中心とし前記
固定部分を通る平面に対して横断方向にたわみを生じる
ようになっている前記変換器において、前記変換器の出
力信号のバイアスエラーを最小化する方法であって、 ピックオフコンデンサプレートについてコンデンサ重心
を決定する工程と、 コンデンサ重心と、不均衡力が作用された状態で支持体
の片持ち部分がたわむ中心となるたわみ軸線とのいずれ
か一方を位置決めして、これら両者を整合させる工程
と、 から成る方法。 - 【請求項１１】コンデンサ重心と、支持体がたわむ中心
となる軸線とのいずれか一方を位置決めする工程が、複
数のパッドを位置決めすることにより、支持体がたわむ
中心となる軸線を、コンデンサ重心に整合させる工程か
ら成る請求項10記載の方法。 - 【請求項１２】前記力が支持体に対して、片持ちアーム
の他方の縁部より一方の縁部に近接した点において作用
され、かつコンデンサ重心と、支持体がたわむ中心とな
る軸線とのいずれか一方を位置決めする工程が、前記点
に近い方のピックオフコンデンサプレート領域よりも比
較的に大きなピックオフコンデンサプレート領域を、前
記点から遠い方に設ける工程から成る請求項10記載の方
法。 - 【請求項１３】コンデンサ重心と、支持体がたわむ中心
となる軸線とのいずれか一方を位置決めする工程が、片
持ちアームが取り付けられる支持体の部分の方向に延び
る一対のモーメントアームを設け、支持体を各モーメン
トアームの延設端部に取り付ける工程から成る請求項10
記載の方法。 - 【請求項１４】モーメントアームが、支持体に配置され
る一対のほぼＬ字形のスロットにより画定されている請
求項13記載の方法。 - 【請求項１５】支持体が一体スロットを包含し、前記ス
ロットが支持体を、複数のパッドに取り付けられる固定
部分と、片持ち部分とに分割しており、前記柔軟性片持
ちアームが、標準錘を支持体の片持ち部分に取り付けて
いる請求項10記載の方法。 - 【請求項１６】前記スロットは、支持体の相対する側に
配置された第１点および第２点の間で支持体に沿って延
設されており、かつコンデンサ重心と、支持体がたわむ
中心となる軸線とのいずれか一方を位置決めする工程
が、前記スロットを支持体の回りに延設させる工程から
成る請求項15記載の方法。 - 【請求項１７】ピックオフコンデンサプレートが復帰コ
イルを包含し、コンデンサ重心と、支持体がたわむ中心
となる軸線とのいずれか一方を位置決めする工程が、コ
ンデンサ重心を復帰コイルの中心に位置決めさせる工程
から成る請求項10記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/212,785 US4932258A (en) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | Stress compensated transducer |
| US212,785 | 1988-06-29 | ||
| PCT/US1989/002464 WO1990000254A1 (en) | 1988-06-29 | 1989-06-06 | Stress compensated transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02502756A JPH02502756A (ja) | 1990-08-30 |
| JPH0650320B2 true JPH0650320B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=22792418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1506888A Expired - Lifetime JPH0650320B2 (ja) | 1988-06-29 | 1989-06-06 | 応力補償変換器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4932258A (ja) |
| EP (1) | EP0407472B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0650320B2 (ja) |
| DE (1) | DE68908405T2 (ja) |
| IL (1) | IL90371A0 (ja) |
| WO (1) | WO1990000254A1 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4932258A (en) | 1988-06-29 | 1990-06-12 | Sundstrand Data Control, Inc. | Stress compensated transducer |
| EP0485589A1 (en) * | 1990-06-11 | 1992-05-20 | Sundstrand Data Control, Inc. | Capacitance pick-off for force rebalance accelerometer |
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