JPH0711532B2 - 角速度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は航空機、船舶、自動車等の移動体の角速度を
移動体内で測定する角速度計に関する。

「従来の技術」 物体を回転した時の回転運動量ベクトルをＨ、この回転
軸と垂直な軸回りの入力角測定ベクトルをΩとすると、
ＨとΩとのベクトル積で表わされるＴ＝Ｈ×Ωなるトル
クベクトルが生じる。第６図にこれらのベクトルの間の
位置関係を示す。

第７図はこの原理を用いた従来の角速度計を示す。１は
モータ、２はモータ１の回転軸に一端が固定され、他端
が回転軸回りに回転するブレード、３はヒンジ、４は感
歪素子、５は角運動量を増すためにブレード２に付けら
れたウェイト、６はスリップリング、７は電線である。
２′,3′,4′,5′はそれぞれ2,3,4,5と対応し、回転軸
に対して反対側に位置するものである。

図中にΩで記したような角速度入力があると、回転運動
量Ｈとのベクトル積Ｔなるトルクが発生し、ブレード２
はヒンジ３の所で曲り、点線で示したようになる。感歪
素子４は酸化亜鉛等のように歪を電圧に変換する材料で
出来ており、この電圧はリード線（図示せず）によりス
リップリング６を介して電線７に導かれる。

ブレード２′はブレード２に対するバランスのために付
けたものであるが、感歪素子４′の出力電圧は感歪素子
４に対して逆の歪を受けるので逆相にして互いに加えて
もよい。このようにすると加速度による影響が打消され
る。

ブレード２は回転しているので第８図に示すようにθ度
の所に来た時にはΩのＹ軸方向成分Ωcosθにのみ感じ
Ｔ＝Ｈ×Ωcosθとなるので出力電圧は正弦波状に変化
する。感歪素子４のθに対する出力電圧を第９図に示
す。この出力電圧の位相はYZ平面における角速度入力の
方向情報をもっているので、出力電圧を90°位相の違っ
たものに分離すれば２軸の角速度計として用いられる。

「発明が解決しようとする課題」 以上述べたように従来の角速度計はスリップリング６を
用いているため寿命が短く、また安定な回転子を得難い
欠点がある。

「課題を解決するための手段」 請求項１の発明によれば、移動体と共に動く枠体に、回
転軸と、それに直交する角速度入力軸と、これら両軸に
直交する出力トルク軸を定める時、回転軸に一端が固定
され、他端が回転軸回りに回転し、かつ角運動量を増す
ためのウェイトを付けたブレードが設けられ、そのブレ
ードに出力トルク軸回りのトルクが加わった時変形する
ヒンジが設けられ、ブレードが回転し、角速度入力軸に
ブレードの一端と他端とを結ぶ方向が一致した時、ブレ
ードの変形を測定する光学的微小変位計測系が設けら
れ、その光学的微小変位計測系は枠体に設けられた１組
の投光器及び受光素子とブレード上に設けられたミラー
とよりなり、角速度入力時のブレードの変形を測定する
ことにより角速度が測定される。

請求項２の発明では請求項１の発明において、ウェイト
及びヒンジが設けられた一対のブレードが互いに回転軸
は挟んで同一直線上に位置されて設けられ、一対の光学
的微小変位計測系が回転軸に対して互いに反対側に設け
られ、それら両光学的微小変位計測系の差動出力がとり
出される。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示し、１はモータ、２はブ
レード、３はヒンジ、５はウェイト、11はブレード２の
先端面上に設けられたミラー、12は投光器、13は受光素
子である。投光器12、受光素子13は、ブレード２の回転
軸に固定された一端と他端とを結ぶ方向が角速度入力軸
に一致した時に、ミラー11に投光して、その反射光を受
光できるような位置に配される。２′,3′,5′,11′,1
2′,13′はそれぞれ2,3,5,11,12,13と対応するものであ
り、ブレード２と２′とはモータ１の回転軸を挟んで同
一直線上に位置され、また投光器12、受光素子13と投光
器12′、受光素子13′とは回転軸に対して互いに反対側
に位置されている。なお、これらが枠体（図示せず）に
配設されて角速度計が構成される。

第７図の場合と同様に角速度入力ΩがあるとトルクＴが
発生し、ヒンジ3,3′が曲がって、ブレード2,2′は第７
図の場合と同様に変形する。投光器12、受光素子13、ミ
ラー11は第２図に示すように光学的な微小変位計測系を
構成する。この光学的微小変位計測系は周知であるから
詳述しないが、第２図において投光器12からの平行光ビ
ームはミラー11に当り、受光素子13a,13bに反射され
る。受光素子13は２分割された同じもの13a,13bを出力
が逆になるように接続してあり、個々の受光素子は平行
ビームの当った面積に比例した出力を出す。従ってミラ
ー11が実線で示す所にある時は受光素子13a,13bの合成
出力は０であるが、ミラー11が点線で示すように傾く
と、出力が出る。この出力は傾き角度αの微小な範囲で
αに比例する。

第１図の場合も、第７図の場合と同様にブレード2,2′
が回転し、受光素子13,13′の出力は第３図に示すよう
になる。ここでθは第８図に示したものと同じである。
受光素子13の出力でθ＝180°の時の電圧はミラー11′
が投光器12、受光素子13の所に来た時のものである。受
光素子13′の出力についても同様である。

受光素子13と13′の出力は大きさが同じで逆極性である
ので、それらを差動出力としてとり出せば出力電圧は２
倍になる。また加速度の影響を打消すことができる。第
４図で角速度入力がなく、加速度がＸ方向に加わったと
すると、ヒンジ3,3′は第４図中に点線で示すように変
形するので、受光素子13,13′の電圧を同相となり打ち
消し合う。

また第４図に点線で示したようにブレード2,2′がＺ軸
の位置に回転した時、ミラー11,11′で反射するような
光学的微小変位計測系12″,13″,12,13を取付けて
おくと、受光素子13″,13の出力はＺ軸回りの角速度
を示すことになり、２軸の角速度計として用いられる。

第５図はこの発明の他の実施例を示す。第１図の実施例
では出力電圧が第３図に示したようにパルス状であり、
雑音等の影響を受け易いが、第５図に示すものはモータ
１により円板10を回転する。円板10には放射状の溝が形
成されて多数のブレード２が構成されている。各ブレー
ド２にはヒンジ３、ミラー11があり、第１図の場合と同
様に動作する。この例ではブレード２が多数あるため、
出力は切れ目の溝の部分のみ断となるが、ほぼ連続的な
出力電圧が得られる。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明の角速度計はスリップリング
を必要とせず、寿命が長く、従来のもののように位相検
出により２軸回りの角速度を測定するのではなく、光学
的微小変位測定系の出力そのものが各軸回りの角速度を
示すので電気回路が簡単であり、また位相基準検出器も
不要である。更に加速度による誤差が打消される特徴が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図は光学
的微小変位測定系を示す図、第３図は第１図の出力特性
図、第４図は加速度が印加された状態を示す図、第５図
はこの発明の他の実施例を示す斜視図、第６図は回転運
動量ベクトルＨと入力角速度ベクトルΩとトルクベクト
ルＴとの関係を示す図、第７図は従来の角速度計を示す
斜視図、第８図はブレードがθ度の所に回転した状態を
示す図、第９図は出力特性図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体と共に動く枠体に、回転軸と、それ
   に直交する角速度入力軸と、これら両軸に直交する出力
   トルク軸を定める時、上記回転軸に一端が固定され、他
   端が上記回転軸回りに回転し、かつ角運動量を増すため
   のウェイトを付けたブレードが設けられ、そのブレード
   に上記出力トルク軸回りのトルクが加わった時変形する
   ヒンジが設けられ、上記ブレードが回転し、上記角速度
   入力軸に上記ブレードの上記一端と他端とを結ぶ方向が
   一致した時、上記ブレードの変形を測定する光学的微小
   変位計測系が設けられ、その光学的微小変位計測系は上
   記枠体に設けられた１組の投光器及び受光素子と上記ブ
   レード上に設けられたミラーとよりなり、角速度入力時
   の上記ブレードの変形を測定することにより角速度を測
   定する角速度計。
2. 【請求項２】上記ウェイト及びヒンジが設けられた一対
   の上記ブレードが互いに上記回転軸を挟んで同一直線上
   に位置されて設けられ、一対の上記光学的微小変位計測
   系が上記回転軸に対して互いに反対側に設けられ、それ
   ら両光学的微小変位計測系の差動出力をとり出すことを
   特徴とする請求項１記載の角速度計。