JPH08178948A - 加速度計 - Google Patents
加速度計Info
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- JPH08178948A JPH08178948A JP31837194A JP31837194A JPH08178948A JP H08178948 A JPH08178948 A JP H08178948A JP 31837194 A JP31837194 A JP 31837194A JP 31837194 A JP31837194 A JP 31837194A JP H08178948 A JPH08178948 A JP H08178948A
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- Japan
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- pulse
- resonance
- measurement time
- accelerometer
- pulses
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加速度又は外力が小さいときでも正確に加速
度を検出することができる加速度計を提供することを目
的とする。 【構成】 計測時間ｔS 内に第１及び第２の共振系より
供給された第１及び第２の共振周波数ｆ1 、ｆ2 より立
ち上がりパルスを生成する。立ち上がりパルスの開始か
ら終了までの正味計測時間ＴS1、ＴS2における立ち上が
りパルスのパルス数Ｎ1 、Ｎ2 を計数する。正味計測時
間ＴS1、ＴS2を周期Δｔのクロックパルスによって計測
する。例えばクロックパルス数ｎ1 、ｎ2 とする。計測
時間ｔS 内の第１及び第２の共振周波数ｆ1 、ｆ2 の平
均値はｆ1 ＝（Ｎ1 ／ｎ1 ）（１／Δｔ）、ｆ2 ＝（Ｎ
2 ／ｎ2 ）（１／Δｔ）によって求められる。加速度Ａ
はＡ＝Ｋ（ｆ1 −ｆ2 ）によって求められる。
度を検出することができる加速度計を提供することを目
的とする。 【構成】 計測時間ｔS 内に第１及び第２の共振系より
供給された第１及び第２の共振周波数ｆ1 、ｆ2 より立
ち上がりパルスを生成する。立ち上がりパルスの開始か
ら終了までの正味計測時間ＴS1、ＴS2における立ち上が
りパルスのパルス数Ｎ1 、Ｎ2 を計数する。正味計測時
間ＴS1、ＴS2を周期Δｔのクロックパルスによって計測
する。例えばクロックパルス数ｎ1 、ｎ2 とする。計測
時間ｔS 内の第１及び第２の共振周波数ｆ1 、ｆ2 の平
均値はｆ1 ＝（Ｎ1 ／ｎ1 ）（１／Δｔ）、ｆ2 ＝（Ｎ
2 ／ｎ2 ）（１／Δｔ）によって求められる。加速度Ａ
はＡ＝Ｋ（ｆ1 −ｆ2 ）によって求められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表面弾性波（SURFACE AC
OUSTIC WAVE ：ＳＡＷ）を利用した加速度計に適用して
好適な共振型加速度計に関する。
OUSTIC WAVE ：ＳＡＷ）を利用した加速度計に適用して
好適な共振型加速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５を参照して従来の表面弾性波（ＳＡ
Ｗ）を利用した加速度計の例を説明する。加速度計は固
定壁に片持ち支持された弾性体、例えば梁１１と斯かる
梁１１の上側及び下側に配置されたＳＡＷ共振系２０
Ａ、２０Ｂとを有する。梁１１は、例えば、水晶、ニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電単結晶によ
って構成され、特に温度特性を重視する場合にはＳＴカ
ット水晶の単結晶が使用される。
Ｗ）を利用した加速度計の例を説明する。加速度計は固
定壁に片持ち支持された弾性体、例えば梁１１と斯かる
梁１１の上側及び下側に配置されたＳＡＷ共振系２０
Ａ、２０Ｂとを有する。梁１１は、例えば、水晶、ニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電単結晶によ
って構成され、特に温度特性を重視する場合にはＳＴカ
ット水晶の単結晶が使用される。
【０００３】梁１１の固定側には支持部材１３が装着さ
れ自由端側には重り１５が装着されている。上側のＳＡ
Ｗ共振系２０Ａと下側のＳＡＷ共振系２０Ｂとは同一構
成を有するので、上側のＳＡＷ共振系２０Ａについて説
明する。
れ自由端側には重り１５が装着されている。上側のＳＡ
Ｗ共振系２０Ａと下側のＳＡＷ共振系２０Ｂとは同一構
成を有するので、上側のＳＡＷ共振系２０Ａについて説
明する。
【０００４】上側のＳＡＷ共振系２０Ａは梁１１の上面
１１Ａに装着された共振器２１と電源端子２３及び増幅
器２５とを有する。共振器２１は入力電極２１−１及び
出力電極２１−２と（図示しない）反射器とを有する。
共振器２１は、例えば、フォトリソグラフィ法によって
形成される。斯かるＳＡＷ共振系２０Ａは梁１１の上面
１１Ａに表面弾性波を生成するための共振器を構成す
る。
１１Ａに装着された共振器２１と電源端子２３及び増幅
器２５とを有する。共振器２１は入力電極２１−１及び
出力電極２１−２と（図示しない）反射器とを有する。
共振器２１は、例えば、フォトリソグラフィ法によって
形成される。斯かるＳＡＷ共振系２０Ａは梁１１の上面
１１Ａに表面弾性波を生成するための共振器を構成す
る。
【０００５】加速度計は更に２つのＳＡＷ共振系２０
Ａ、２０Ｂの出力信号を入力するバッファアンプ２７、
２７とミキサ３１とフィルタ３３とを有する。
Ａ、２０Ｂの出力信号を入力するバッファアンプ２７、
２７とミキサ３１とフィルタ３３とを有する。
【０００６】電源端子２３より電源が供給されると、入
力電極２１−１を経由して梁１１の上面１１Ａに振動が
付与される。それによって梁１１の上面１１Ａに表面弾
性波が生成される。斯かる表面弾性波は出力電極２１−
２によって検出され、増幅器２５に供給される。増幅器
２５によって増幅された受信信号はバッファアンプ２７
に供給され、同時に入力電極２１−１にフィードバック
される。バッファアンプ２７、２７は、ミキサ３１の負
荷変動によって各ＳＡＷ共振系２０Ａ、２０Ｂの振動特
性が影響を受けないように機能する。
力電極２１−１を経由して梁１１の上面１１Ａに振動が
付与される。それによって梁１１の上面１１Ａに表面弾
性波が生成される。斯かる表面弾性波は出力電極２１−
２によって検出され、増幅器２５に供給される。増幅器
２５によって増幅された受信信号はバッファアンプ２７
に供給され、同時に入力電極２１−１にフィードバック
される。バッファアンプ２７、２７は、ミキサ３１の負
荷変動によって各ＳＡＷ共振系２０Ａ、２０Ｂの振動特
性が影響を受けないように機能する。
【０００７】下側のＳＡＷ共振系２０Ｂの動作も同様で
ある。従って、２つのＳＡＷ共振系２０Ａ、２０Ｂの出
力信号はミキサ３１に供給される。ミキサ３１は各ＳＡ
Ｗ共振系２０Ａ、２０Ｂより出力された発振周波数の和
と差を演算する。ミキサ３１の出力信号はフィルタ３３
に供給され、フィルタ３３は発振周波数の和と差より、
次の数１の式によって表される発振周波数の差Δｆのみ
を取り出す。
ある。従って、２つのＳＡＷ共振系２０Ａ、２０Ｂの出
力信号はミキサ３１に供給される。ミキサ３１は各ＳＡ
Ｗ共振系２０Ａ、２０Ｂより出力された発振周波数の和
と差を演算する。ミキサ３１の出力信号はフィルタ３３
に供給され、フィルタ３３は発振周波数の和と差より、
次の数１の式によって表される発振周波数の差Δｆのみ
を取り出す。
【０００８】
【数１】Δｆ＝ｆ1 −ｆ2
【０００９】ここに、ｆ1 は上側のＳＡＷ共振系２０Ａ
によって生成された表面弾性波の発振周波数、ｆ2 は下
側のＳＡＷ共振系２０Ｂによって生成された表面弾性波
の発振周波数である。上側のＳＡＷ共振系２０Ａと下側
のＳＡＷ共振系２０Ｂの構成を同一とし共振周波数を同
一とすると、加速度Ａ又は外力Ｆが作用しないとき発振
周波数の差Δｆはゼロとなる。
によって生成された表面弾性波の発振周波数、ｆ2 は下
側のＳＡＷ共振系２０Ｂによって生成された表面弾性波
の発振周波数である。上側のＳＡＷ共振系２０Ａと下側
のＳＡＷ共振系２０Ｂの構成を同一とし共振周波数を同
一とすると、加速度Ａ又は外力Ｆが作用しないとき発振
周波数の差Δｆはゼロとなる。
【００１０】加速度計に矢印方向に沿って加速度Ａ又は
外力Ｆが作用すると梁１１は撓み、２面１１Ａ、１１Ｂ
の一方の面は伸び他方の面は縮む。このため上面１１Ａ
及び下面１１Ｂに生成された表面弾性波の発振周波数
は、弾性変形によって変化する。即ち、各ＳＡＷ共振系
２０Ａ、２０Ｂより出力される発振周波数は変化する。
従って、フィルタ３３より出力される発振周波数の差Δ
ｆが変化する。これより、加速度Ａ又は外力Ｆは発振周
波数の差Δｆの関数であることがわかる。
外力Ｆが作用すると梁１１は撓み、２面１１Ａ、１１Ｂ
の一方の面は伸び他方の面は縮む。このため上面１１Ａ
及び下面１１Ｂに生成された表面弾性波の発振周波数
は、弾性変形によって変化する。即ち、各ＳＡＷ共振系
２０Ａ、２０Ｂより出力される発振周波数は変化する。
従って、フィルタ３３より出力される発振周波数の差Δ
ｆが変化する。これより、加速度Ａ又は外力Ｆは発振周
波数の差Δｆの関数であることがわかる。
【００１１】
【数２】Ａ＝Ｋ×（Δｆ−ΔｆB ）
【００１２】ここに、Ａは加速度、Ｋは比例定数、Δｆ
B はバイアス周波数である。加速度Ａの符号±によって
加速度の方向を判別することができる。
B はバイアス周波数である。加速度Ａの符号±によって
加速度の方向を判別することができる。
【００１３】上述のように、上側のＳＡＷ共振系２０Ａ
と下側のＳＡＷ共振系２０Ｂの構成を同一とし、共振周
波数を一致させると、加速度Ａ又は外力Ｆが作用しない
とき発振周波数の差Δｆはゼロとなる。しかしながら、
実際には、以下に述べるように、加速度Ａ又は外力Ｆが
ゼロの場合であっても、発振周波数の差Δｆがゼロとな
らないように、予め２つの発振周波数ｆ1 、ｆ2 に差を
設けてある。加速度Ａ又は外力Ｆがゼロの場合にフィル
タ３３より出力される発振周波数の差ΔｆB をバイアス
周波数と称する。
と下側のＳＡＷ共振系２０Ｂの構成を同一とし、共振周
波数を一致させると、加速度Ａ又は外力Ｆが作用しない
とき発振周波数の差Δｆはゼロとなる。しかしながら、
実際には、以下に述べるように、加速度Ａ又は外力Ｆが
ゼロの場合であっても、発振周波数の差Δｆがゼロとな
らないように、予め２つの発振周波数ｆ1 、ｆ2 に差を
設けてある。加速度Ａ又は外力Ｆがゼロの場合にフィル
タ３３より出力される発振周波数の差ΔｆB をバイアス
周波数と称する。
【００１４】図６を参照してバイアス周波数ΔｆB につ
いて説明する。図６Ａはバイアス周波数ΔｆB を設けな
い場合、即ち、バイアス周波数ΔｆB ＝０の場合の加速
度Ａと発振周波数の差Δｆの関係を示し、図６Ｂはバイ
アス周波数ΔｆB を設ける場合、即ち、ΔｆB ≠０の場
合の加速度Ａと発振周波数の差Δｆの関係を示す。
いて説明する。図６Ａはバイアス周波数ΔｆB を設けな
い場合、即ち、バイアス周波数ΔｆB ＝０の場合の加速
度Ａと発振周波数の差Δｆの関係を示し、図６Ｂはバイ
アス周波数ΔｆB を設ける場合、即ち、ΔｆB ≠０の場
合の加速度Ａと発振周波数の差Δｆの関係を示す。
【００１５】加速度計の動作範囲は、例えば、加速度Ａ
がＡ1 〜Ａ2 の範囲である。斯かる場合、図６Ａに示す
ように、バイアス周波数ΔｆB ＝０の場合には、出力信
号である発振周波数の差Δｆは−Δｆ2 〜＋Δｆ1 （Δ
ｆ2 ＞０、Δｆ1 ＞０）であるものとする。しかしなが
ら、図６Ｂに示すように、バイアス周波数ΔｆB ≠０の
場合には、出力信号である発振周波数の差ΔｆはΔｆB
−Δｆ2 〜ΔｆB ＋Δｆ1 である。
がＡ1 〜Ａ2 の範囲である。斯かる場合、図６Ａに示す
ように、バイアス周波数ΔｆB ＝０の場合には、出力信
号である発振周波数の差Δｆは−Δｆ2 〜＋Δｆ1 （Δ
ｆ2 ＞０、Δｆ1 ＞０）であるものとする。しかしなが
ら、図６Ｂに示すように、バイアス周波数ΔｆB ≠０の
場合には、出力信号である発振周波数の差ΔｆはΔｆB
−Δｆ2 〜ΔｆB ＋Δｆ1 である。
【００１６】従って、加速度Ａが小さく、Ａ≒０の場合
に、バイアス周波数ΔｆB ＝０では出力信号である発振
周波数の差Δｆが小さいが、バイアス周波数ΔｆB ≠０
では発振周波数の差Δｆは十分大きい。一般に、バイア
ス周波数ΔｆB を設けることによって次のような効果が
ある。
に、バイアス周波数ΔｆB ＝０では出力信号である発振
周波数の差Δｆが小さいが、バイアス周波数ΔｆB ≠０
では発振周波数の差Δｆは十分大きい。一般に、バイア
ス周波数ΔｆB を設けることによって次のような効果が
ある。
【００１７】（１）加速度Ａ又は外力Ｆの方向を判別す
ることができる。 （２）加速度Ａ又は外力Ｆの値が小さい場合でも、加速
度計の周波数領域を任意に設定することができる。 （３）加速度Ａ又は外力Ｆの値が小さい場合に、２つの
ＳＡＷ共振系の発振周波数の値が近づき吸い込み現象
（ロックイン）が生ずることを防止する。
ることができる。 （２）加速度Ａ又は外力Ｆの値が小さい場合でも、加速
度計の周波数領域を任意に設定することができる。 （３）加速度Ａ又は外力Ｆの値が小さい場合に、２つの
ＳＡＷ共振系の発振周波数の値が近づき吸い込み現象
（ロックイン）が生ずることを防止する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従来の表面弾性波型加
速度計は一般に感度が小さい。従って、必要な精度の加
速度を得ることができない欠点があった。
速度計は一般に感度が小さい。従って、必要な精度の加
速度を得ることができない欠点があった。
【００１９】加速度計の感度は、例えば、入力加速度に
対する出力周波数の比、即ち、１Ｇ（Ｇは重力加速度）
当たりの周波数差Δｆとして表される。通常、周波数差
Δｆはパルス信号として得られ、所定の計測時間内のパ
ルス数を求めることによって周波数差Δｆの値が得られ
る。従って、計測時間を長くすれば、パルス数が増加す
るから高い精度にて加速度を計測することができる。
対する出力周波数の比、即ち、１Ｇ（Ｇは重力加速度）
当たりの周波数差Δｆとして表される。通常、周波数差
Δｆはパルス信号として得られ、所定の計測時間内のパ
ルス数を求めることによって周波数差Δｆの値が得られ
る。従って、計測時間を長くすれば、パルス数が増加す
るから高い精度にて加速度を計測することができる。
【００２０】こうして、十分長い計測時間を確保できる
場合にはこの形式の加速度計を使用することができる
が、そうでない場合には使用することがてきない。
場合にはこの形式の加速度計を使用することができる
が、そうでない場合には使用することがてきない。
【００２１】例えば、ストラップダウン方式の航法装置
では、姿勢、位置及び方位を連続的に演算する必要があ
る。従って、短い時間毎に必要なパルス数を出力するこ
とができる加速度計を使用する必要がある。このため、
ストラップダウン方式の航法装置にこの形式の加速度計
を使用することができない欠点があった。
では、姿勢、位置及び方位を連続的に演算する必要があ
る。従って、短い時間毎に必要なパルス数を出力するこ
とができる加速度計を使用する必要がある。このため、
ストラップダウン方式の航法装置にこの形式の加速度計
を使用することができない欠点があった。
【００２２】本発明は斯かる点に鑑み、加速度又は外力
が小さいときでも正確に加速度を検出することができる
加速度計を提供することを目的とする。
が小さいときでも正確に加速度を検出することができる
加速度計を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図１に示すように、第１の振動部を振動させるための第
１の共振系と第２の振動部を振動させるための第２の共
振系とを有し、外力によって上記第１及び第２の振動部
が変形したとき、上記第１の共振系の共振周波数ｆ1 と
上記第２の共振系の共振周波数ｆ2 の差Δｆ＝ｆ1 −ｆ
2 より加速度を求めるように構成された加速度計におい
て、所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共振系の出力信
号を入力して第１の共振周波数ｆ1 のパルスのパルス間
隔をクロックパルスを使用して計測する第１の演算部
と、所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出力信
号を入力して第２の共振周波数ｆ2 のパルスのパルス間
隔をクロックパルスを使用して計測する第２の演算部
と、上記第１及び第２の演算部によって計数された第１
及び第２の共振周波数ｆ1、ｆ2 のパルスのパルス間隔
より加速度を演算する第３の演算部と、を有することを
特徴とする。
図１に示すように、第１の振動部を振動させるための第
１の共振系と第２の振動部を振動させるための第２の共
振系とを有し、外力によって上記第１及び第２の振動部
が変形したとき、上記第１の共振系の共振周波数ｆ1 と
上記第２の共振系の共振周波数ｆ2 の差Δｆ＝ｆ1 −ｆ
2 より加速度を求めるように構成された加速度計におい
て、所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共振系の出力信
号を入力して第１の共振周波数ｆ1 のパルスのパルス間
隔をクロックパルスを使用して計測する第１の演算部
と、所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出力信
号を入力して第２の共振周波数ｆ2 のパルスのパルス間
隔をクロックパルスを使用して計測する第２の演算部
と、上記第１及び第２の演算部によって計数された第１
及び第２の共振周波数ｆ1、ｆ2 のパルスのパルス間隔
より加速度を演算する第３の演算部と、を有することを
特徴とする。
【００２４】本発明によると、加速度計において、上記
第１の演算部は、所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共
振系の出力信号を入力して第１の共振周波数ｆ1 を指示
するパルス信号を生成し、該パルス信号のパルス数Ｎ1
を計数するＮ1 カウンタと、上記所定の計測時間ｔS 内
に上記パルス数Ｎ1 に対応して上記クロックパルス数ｎ
1 を計数する第１のレジスタと、を有し、上記第２の演
算部は、所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出
力信号を入力して第２の共振周波数ｆ2 を指示するパル
ス信号を生成し、該パルス信号のパルス数Ｎ2 を計数す
るＮ2 カウンタと、上記所定の計測時間ｔS 内に上記パ
ルス数Ｎ2 に対応して上記クロックパルス数ｎ2 を計数
する第２のレジスタと、を有し、上記第３の演算部は、
上記第１及び第２の演算部より供給されたパルス数
Ｎ1、ｎ1 、Ｎ2 、ｎ2 と定数Ｋより次の式によって加
速度を演算するように構成されていることを特徴とす
る。 Ａ＝Ｋ（Ｎ1 ／ｎ1 −Ｎ2 ／ｎ2 ）
第１の演算部は、所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共
振系の出力信号を入力して第１の共振周波数ｆ1 を指示
するパルス信号を生成し、該パルス信号のパルス数Ｎ1
を計数するＮ1 カウンタと、上記所定の計測時間ｔS 内
に上記パルス数Ｎ1 に対応して上記クロックパルス数ｎ
1 を計数する第１のレジスタと、を有し、上記第２の演
算部は、所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出
力信号を入力して第２の共振周波数ｆ2 を指示するパル
ス信号を生成し、該パルス信号のパルス数Ｎ2 を計数す
るＮ2 カウンタと、上記所定の計測時間ｔS 内に上記パ
ルス数Ｎ2 に対応して上記クロックパルス数ｎ2 を計数
する第２のレジスタと、を有し、上記第３の演算部は、
上記第１及び第２の演算部より供給されたパルス数
Ｎ1、ｎ1 、Ｎ2 、ｎ2 と定数Ｋより次の式によって加
速度を演算するように構成されていることを特徴とす
る。 Ａ＝Ｋ（Ｎ1 ／ｎ1 −Ｎ2 ／ｎ2 ）
【００２５】本発明によると、加速度計において、上記
Ｎ1 カウンタは所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共振
系の出力信号を入力して第１の共振周波数ｆ1 のパルス
の立ち上がり毎に１パルス生成することによって上記パ
ルス信号を生成するように構成され、上記Ｎ2 カウンタ
は所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出力信号
を入力して第２の共振周波数ｆ2 のパルスの立ち上がり
毎に１パルス生成することによって上記パルス信号を生
成するように構成されていることを特徴とする。
Ｎ1 カウンタは所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共振
系の出力信号を入力して第１の共振周波数ｆ1 のパルス
の立ち上がり毎に１パルス生成することによって上記パ
ルス信号を生成するように構成され、上記Ｎ2 カウンタ
は所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出力信号
を入力して第２の共振周波数ｆ2 のパルスの立ち上がり
毎に１パルス生成することによって上記パルス信号を生
成するように構成されていることを特徴とする。
【００２６】本発明によると、加速度計において、上記
第１及び第２の共振系によってそれぞれ上記第１及び第
２の振動部に生成される振動は表面弾性波であることを
特徴とする。
第１及び第２の共振系によってそれぞれ上記第１及び第
２の振動部に生成される振動は表面弾性波であることを
特徴とする。
【００２７】
【作用】本例によると、図２Ａに示すように所定の計測
時間ｔS において第１及び第２の共振系より出力信号が
取り出され加速度が演算される。図２Ｂに示すように斯
かる計測時間ｔS の間、周期Δｔのクロックパルスが供
給される。
時間ｔS において第１及び第２の共振系より出力信号が
取り出され加速度が演算される。図２Ｂに示すように斯
かる計測時間ｔS の間、周期Δｔのクロックパルスが供
給される。
【００２８】計測時間ｔS が開始されると図２Ｃに示す
ように第１の共振系より第１の共振周波数ｆ1 のパルス
が入力され、図２Ｄに示すように立ち上がりパルスが生
成される。この立ち上がりパルスは、発振周波数ｆ1 の
パルスの立ち上がり毎に１パルス生成することによって
得られる。
ように第１の共振系より第１の共振周波数ｆ1 のパルス
が入力され、図２Ｄに示すように立ち上がりパルスが生
成される。この立ち上がりパルスは、発振周波数ｆ1 の
パルスの立ち上がり毎に１パルス生成することによって
得られる。
【００２９】図２Ｄに示すように、計測時間ｔS におい
て、Ｎ1 個の立ち上がりパルスがあり、斯かるＮ1 個の
立ち上がりパルスの開始から終了までの時間はＴS1であ
る。即ち、計測時間ｔS 内において正味計測時間はＴS1
であり立ち上がりパルス数はＮ1 個である。
て、Ｎ1 個の立ち上がりパルスがあり、斯かるＮ1 個の
立ち上がりパルスの開始から終了までの時間はＴS1であ
る。即ち、計測時間ｔS 内において正味計測時間はＴS1
であり立ち上がりパルス数はＮ1 個である。
【００３０】次に図２Ｅに示すように正味計測時間ＴS1
又は立ち上がりパルス数Ｎ1 を周期Δｔのクロックパル
スで計数する。この例では、正味計測時間ＴS1又は立ち
上がりパルス数Ｎ1 は、ｎ1 個のクロックパルスに相当
する。第２の共振系２０Ｂについても第１の共振系２０
Ａと同様に求められる。
又は立ち上がりパルス数Ｎ1 を周期Δｔのクロックパル
スで計数する。この例では、正味計測時間ＴS1又は立ち
上がりパルス数Ｎ1 は、ｎ1 個のクロックパルスに相当
する。第２の共振系２０Ｂについても第１の共振系２０
Ａと同様に求められる。
【００３１】計測時間ｔS 内における平均発振周波数ｆ
1 、ｆ2 は、図２より明らかなように、正味計測時間Ｔ
S1、ＴS2内における立ち上がりパルスの平均周波数とし
て得られる。従って、後述の数３の式によって求められ
る。これより数４の式に示すように共振周波数の差Δｆ
が得られる。
1 、ｆ2 は、図２より明らかなように、正味計測時間Ｔ
S1、ＴS2内における立ち上がりパルスの平均周波数とし
て得られる。従って、後述の数３の式によって求められ
る。これより数４の式に示すように共振周波数の差Δｆ
が得られる。
【００３２】一般に、加速度計の感度が小さいのは、発
振周波数の差Δｆを表すパルスの周波数が小さいことを
意味する。また、加速度Ａの値が小さいときも同様に、
発振周波数の差Δｆを表すパルスの周波数が小さい。し
かしながら、いずれの場合でも、各発振周波数ｆ1 、ｆ
2 を表するパルスの周波数は図２Ｃに示すように十分大
きい。本例によると、各発振周波数ｆ1 、ｆ2 を正確に
求め、それより発振周波数の差Δｆを演算することがで
き、従って、２つの共振系２０Ａ、２０Ｂの発振周波数
ｆ1 、ｆ2 の差Δｆを直接求めることはない。
振周波数の差Δｆを表すパルスの周波数が小さいことを
意味する。また、加速度Ａの値が小さいときも同様に、
発振周波数の差Δｆを表すパルスの周波数が小さい。し
かしながら、いずれの場合でも、各発振周波数ｆ1 、ｆ
2 を表するパルスの周波数は図２Ｃに示すように十分大
きい。本例によると、各発振周波数ｆ1 、ｆ2 を正確に
求め、それより発振周波数の差Δｆを演算することがで
き、従って、２つの共振系２０Ａ、２０Ｂの発振周波数
ｆ1 、ｆ2 の差Δｆを直接求めることはない。
【００３３】
【実施例】以下に図１〜図４を参照して本発明の実施例
について説明する。尚図１〜図４において図５の対応す
る部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。
について説明する。尚図１〜図４において図５の対応す
る部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。
【００３４】図１に本例による加速度計の構成例が示さ
れている。本例の加速度計は図５の加速度計と比較し
て、ミキサ３１及びフィルタ３３の代わりに第１、第２
及び第３の演算部４１、４２、４３とクロック信号発生
部４５が配置されている点が異なる。従って、弾性体で
ある梁１１、斯かる梁１１の上側及び下側に設けられた
第１及び第２のＳＡＷ共振系２０Ａ、２０Ｂ及びバッフ
ァアンプ２７、２７は図５に示す従来のものと同一であ
ってよい。
れている。本例の加速度計は図５の加速度計と比較し
て、ミキサ３１及びフィルタ３３の代わりに第１、第２
及び第３の演算部４１、４２、４３とクロック信号発生
部４５が配置されている点が異なる。従って、弾性体で
ある梁１１、斯かる梁１１の上側及び下側に設けられた
第１及び第２のＳＡＷ共振系２０Ａ、２０Ｂ及びバッフ
ァアンプ２７、２７は図５に示す従来のものと同一であ
ってよい。
【００３５】本例によると、バッファアンプ２７、２７
の出力信号はそれぞれ第１及び第２の演算部４１、４２
に供給され、斯かる２つの演算部４１、４２の出力信号
は第３の演算部４３に供給される。第３のの演算部より
加速度計の出力信号が出力される。
の出力信号はそれぞれ第１及び第２の演算部４１、４２
に供給され、斯かる２つの演算部４１、４２の出力信号
は第３の演算部４３に供給される。第３のの演算部より
加速度計の出力信号が出力される。
【００３６】次に図２を参照して本発明による加速度計
の動作を説明する。図２Ａは計測時間ｔS を指示する計
測時間パルス信号、図２Ｂは計測時間ｔS における周期
Δｔのクロックパルス信号を表す。図２Ｂに示すよう
に、計測時間ｔS の間、周期Δｔのクロックパルスが供
給される。
の動作を説明する。図２Ａは計測時間ｔS を指示する計
測時間パルス信号、図２Ｂは計測時間ｔS における周期
Δｔのクロックパルス信号を表す。図２Ｂに示すよう
に、計測時間ｔS の間、周期Δｔのクロックパルスが供
給される。
【００３７】図２Ｃは第１のＳＡＷ共振系２０Ａの出力
信号即ち発振周波数ｆ1 のパルス信号である。計測時間
ｔS が開始すると図２Ｃの発振周波数ｆ1 のパルス信号
より図２Ｄに示す立ち上がりパルスが生成される。立ち
上がりパルスは、発振周波数ｆ1 のパルスの立ち上がり
毎に１パルス生成することによって得られる。
信号即ち発振周波数ｆ1 のパルス信号である。計測時間
ｔS が開始すると図２Ｃの発振周波数ｆ1 のパルス信号
より図２Ｄに示す立ち上がりパルスが生成される。立ち
上がりパルスは、発振周波数ｆ1 のパルスの立ち上がり
毎に１パルス生成することによって得られる。
【００３８】次に立ち上がりパルスのパルス数が計測さ
れる。この例では、図２Ｄに示すように、Ｎ1 個の立ち
上がりパルスがあり、斯かるＮ1 個の立ち上がりパルス
の開始から終了までの時間はＴS1である。即ち、計測時
間ｔS 内において正味計測時間はＴS1であり、立ち上が
りパルス数はＮ1 個である。
れる。この例では、図２Ｄに示すように、Ｎ1 個の立ち
上がりパルスがあり、斯かるＮ1 個の立ち上がりパルス
の開始から終了までの時間はＴS1である。即ち、計測時
間ｔS 内において正味計測時間はＴS1であり、立ち上が
りパルス数はＮ1 個である。
【００３９】次に図２Ｅに示すように正味計測時間ＴS1
又は立ち上がりパルス数Ｎ1 を周期Δｔのクロックパル
スで計数する。この例では、正味計測時間ＴS1又は立ち
上がりパルス数Ｎ1 は、ｎ1 個のクロックパルスに相当
する。図２は第１のＳＡＷ共振系２０Ａにおける各パル
ス信号を示したが、第２のＳＡＷ共振系２０Ｂについて
も同様に求められる。
又は立ち上がりパルス数Ｎ1 を周期Δｔのクロックパル
スで計数する。この例では、正味計測時間ＴS1又は立ち
上がりパルス数Ｎ1 は、ｎ1 個のクロックパルスに相当
する。図２は第１のＳＡＷ共振系２０Ａにおける各パル
ス信号を示したが、第２のＳＡＷ共振系２０Ｂについて
も同様に求められる。
【００４０】本例によると、計測時間ｔS 内における平
均発振周波数ｆ1 、ｆ2 は、図２より明らかなように、
正味計測時間ＴS1、ＴS2内における立ち上がりパルスの
平均周波数として得られる。従って、次の式によって求
められる。
均発振周波数ｆ1 、ｆ2 は、図２より明らかなように、
正味計測時間ＴS1、ＴS2内における立ち上がりパルスの
平均周波数として得られる。従って、次の式によって求
められる。
【００４１】
【数３】ｆ1 ＝（Ｎ1 ／ｎ1 ）（１／Δｔ） ｆ2 ＝（Ｎ2 ／ｎ2 ）（１／Δｔ）
【００４２】ここに、ｆ1 、ｆ2 は計測時間ｔS 内にお
ける平均発振周波数、Ｎ1 、Ｎ2 は立ち上がりパルス
数、ｎ1 、ｎ2 は正味計測時間ＴS1、ＴS2内におけるク
ロックパルス数、Δｔはクロックパルスの周期である。
ける平均発振周波数、Ｎ1 、Ｎ2 は立ち上がりパルス
数、ｎ1 、ｎ2 は正味計測時間ＴS1、ＴS2内におけるク
ロックパルス数、Δｔはクロックパルスの周期である。
【００４３】従って、周波数差Δｆは次のようになる。
【００４４】
【数４】Δｆ＝ｆ1 −ｆ2 ＝〔（Ｎ1 ／ｎ1 ）−（Ｎ2
／ｎ2 ）〕（１／Δｔ）
／ｎ2 ）〕（１／Δｔ）
【００４５】この周波数差Δｆより加速度Ａを求めると
次のようになる。
次のようになる。
【００４６】
【数５】Ａ＝Ｋ×Δｆ＝〔（Ｎ1 ／ｎ1 ）−（Ｎ2 ／ｎ
2 ）〕（Ｋ／Δｔ）
2 ）〕（Ｋ／Δｔ）
【００４７】Ｋは比例定数である。数５の式と数２の式
を比較すると明らかなように、本例ではバイアス周波数
ΔｆB をゼロとした。
を比較すると明らかなように、本例ではバイアス周波数
ΔｆB をゼロとした。
【００４８】従来の例では周波数差Δｆを検出してそれ
より加速度Ａを求めるため、周波数差Δｆを直接高い精
度にて検出する必要がある。また、加速度Ａの方向を判
別するためにもバイアス周波数ΔｆB を導入する必要が
あった。
より加速度Ａを求めるため、周波数差Δｆを直接高い精
度にて検出する必要がある。また、加速度Ａの方向を判
別するためにもバイアス周波数ΔｆB を導入する必要が
あった。
【００４９】しかしながら、本例では周波数差Δｆを直
接求めることなく各発振周波数ｆ1、ｆ2 から加速度を
求める。即ち、正味立ち上がりパルス数Ｎ1 、Ｎ2 及び
それに対応するクロックパルス数をｎ1 、ｎ2 を検出
し、それより数５の式によって加速度Ａを求めるため、
パルス数Ｎ1 、Ｎ2 、ｎ1 、ｎ2 さえ正確に検出すれば
よく、そのためにバイアス周波数ΔｆB を導入して周波
数差Δｆの値を大きくする必要はない。
接求めることなく各発振周波数ｆ1、ｆ2 から加速度を
求める。即ち、正味立ち上がりパルス数Ｎ1 、Ｎ2 及び
それに対応するクロックパルス数をｎ1 、ｎ2 を検出
し、それより数５の式によって加速度Ａを求めるため、
パルス数Ｎ1 、Ｎ2 、ｎ1 、ｎ2 さえ正確に検出すれば
よく、そのためにバイアス周波数ΔｆB を導入して周波
数差Δｆの値を大きくする必要はない。
【００５０】図３を参照して第１の演算部４１の動作を
説明する。第１の演算部４１は第１のカウンタ４１−１
と第１のレジスタ４１−２とＮ1 カウンタ４１−３と第
１の判別回路４１−４とを有し、クロック信号発生部４
５より供給された計測時間パルス（図２Ａ）及び周期Δ
ｔのクロックパルス（図２Ｂ）を入力して、パルス計数
値Ｎ1 、ｎ1 を出力する。
説明する。第１の演算部４１は第１のカウンタ４１−１
と第１のレジスタ４１−２とＮ1 カウンタ４１−３と第
１の判別回路４１−４とを有し、クロック信号発生部４
５より供給された計測時間パルス（図２Ａ）及び周期Δ
ｔのクロックパルス（図２Ｂ）を入力して、パルス計数
値Ｎ1 、ｎ1 を出力する。
【００５１】第１のカウンタ４１−１は、周期ｔS の計
測パルス（図２Ａ）を入力し、周期Δｔのクロックパル
ス（図２Ｂ）をカウントする。その動作タイミングによ
ると、第１のカウンタ４１−１は、計測時間パルス（図
２Ａ）毎にその内容をクリアし、第１の判別回路４１−
４から開始信号が供給されると、周期Δｔのクロックパ
ルス（図２Ｂ）を計数する。
測パルス（図２Ａ）を入力し、周期Δｔのクロックパル
ス（図２Ｂ）をカウントする。その動作タイミングによ
ると、第１のカウンタ４１−１は、計測時間パルス（図
２Ａ）毎にその内容をクリアし、第１の判別回路４１−
４から開始信号が供給されると、周期Δｔのクロックパ
ルス（図２Ｂ）を計数する。
【００５２】第１のレジスタ４１−２は、正味計測時間
ＴS1内の周期Δｔのクロックパルスを積算する。その動
作タイミングによると、第１のレジスタ４１−２は、計
測時間パルス（図２Ａ）毎にその内容をクリアし、立ち
上がりパルス（図２Ｄ）が発生したとき第１のカウンタ
４１−１にて計数された周期Δｔのクロックパルスのパ
ルス数ｎ1 を記憶する。従って、第１のレジスタ４１−
２には、立ち上がりパルス毎に積算されたパルス数ｎ1
が記憶されている。
ＴS1内の周期Δｔのクロックパルスを積算する。その動
作タイミングによると、第１のレジスタ４１−２は、計
測時間パルス（図２Ａ）毎にその内容をクリアし、立ち
上がりパルス（図２Ｄ）が発生したとき第１のカウンタ
４１−１にて計数された周期Δｔのクロックパルスのパ
ルス数ｎ1 を記憶する。従って、第１のレジスタ４１−
２には、立ち上がりパルス毎に積算されたパルス数ｎ1
が記憶されている。
【００５３】Ｎ1 カウンタ４１−３は、計測時間パルス
（図２Ａ）毎にその内容をクリアし、且つ、立ち上がり
パルス（図２Ｄ）が発生したとき、そのパルス数Ｎ1 を
計数する。第１の判別回路４１−４は、第１のレジスタ
４１−２に記憶された計数ｎ 1 ＝０であり、且つＮ1 カ
ウンタ４１−３に記憶された計数Ｎ1 ＝１のときに開始
信号を生成し、第１のカウンタ４１−１に供給する。そ
れによって第１のカウンタ４１−１はカウントを開始す
る。
（図２Ａ）毎にその内容をクリアし、且つ、立ち上がり
パルス（図２Ｄ）が発生したとき、そのパルス数Ｎ1 を
計数する。第１の判別回路４１−４は、第１のレジスタ
４１−２に記憶された計数ｎ 1 ＝０であり、且つＮ1 カ
ウンタ４１−３に記憶された計数Ｎ1 ＝１のときに開始
信号を生成し、第１のカウンタ４１−１に供給する。そ
れによって第１のカウンタ４１−１はカウントを開始す
る。
【００５４】計測時間パルス（図２Ａ）が再度発生する
と、第１のレジスタ４１−２に記憶されたパルス数ｎ1
とＮ1 カウンタ４１−３に記憶されたパルス数Ｎ1 が出
力される。
と、第１のレジスタ４１−２に記憶されたパルス数ｎ1
とＮ1 カウンタ４１−３に記憶されたパルス数Ｎ1 が出
力される。
【００５５】第２の演算部４２は第１の演算部４１と同
様な構成及び動作を有する。第３の演算部４３は第１及
び第２の演算部４１、４２より出力された計数値Ｎ1 、
Ｎ2、ｎ1 、ｎ2 を入力して数５の式によって加速度Ａ
を演算する。
様な構成及び動作を有する。第３の演算部４３は第１及
び第２の演算部４１、４２より出力された計数値Ｎ1 、
Ｎ2、ｎ1 、ｎ2 を入力して数５の式によって加速度Ａ
を演算する。
【００５６】図４を参照して本例のクロック信号発生部
４５の構成と動作を説明する。本例によると、クロック
信号発生部４５は周期Δｔを基準クロック信号を生成す
る基準クロック４５−１と基準クロック信号を分周する
分周器４５−２と周期ｔS の開始と終了時に１パルスを
生成するワンショット回路４５−３とを有する。
４５の構成と動作を説明する。本例によると、クロック
信号発生部４５は周期Δｔを基準クロック信号を生成す
る基準クロック４５−１と基準クロック信号を分周する
分周器４５−２と周期ｔS の開始と終了時に１パルスを
生成するワンショット回路４５−３とを有する。
【００５７】基準クロック４５−１とワンショット回路
４５−３より出力されるパルス信号は第１及び第２の演
算部４１、４２に供給される。
４５−３より出力されるパルス信号は第１及び第２の演
算部４１、４２に供給される。
【００５８】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
【００５９】上述の説明では、本発明を表面弾性波型加
速度計に適用した場合を説明したが、本発明はそれに限
定されることはない。上述の議論は全ての共振型の加速
度計に適用可能である。本発明を適用することができる
加速度計として、例えば、梁の横振動、弦の振動等を利
用した加速度計がある。
速度計に適用した場合を説明したが、本発明はそれに限
定されることはない。上述の議論は全ての共振型の加速
度計に適用可能である。本発明を適用することができる
加速度計として、例えば、梁の横振動、弦の振動等を利
用した加速度計がある。
【００６０】
【発明の効果】本発明によると、共振型の加速度計にお
いて、計測時間が短くても高い分解能にて加速度を計測
することができる利点がある。
いて、計測時間が短くても高い分解能にて加速度を計測
することができる利点がある。
【００６１】本発明によると、共振型の加速度計におい
て、計測時間が短くても、正確な加速度を連続的に出力
することができる利点がある。
て、計測時間が短くても、正確な加速度を連続的に出力
することができる利点がある。
【００６２】本発明によると、共振型の加速度計におい
て、第１及び第２の共振系の出力信号をそれぞれクロッ
クパルスによって計測するから、低加速度が入力されて
も高い精度にて加速度を計測することができる利点があ
る。
て、第１及び第２の共振系の出力信号をそれぞれクロッ
クパルスによって計測するから、低加速度が入力されて
も高い精度にて加速度を計測することができる利点があ
る。
【００６３】本発明によると、共振型の加速度計におい
て、第１及び第２の共振系の出力信号をそれぞれクロッ
クパルスによって計測するから、２つの共振系の出力信
号の差が小さくても高い精度にて加速度を計測すること
ができる利点がある。
て、第１及び第２の共振系の出力信号をそれぞれクロッ
クパルスによって計測するから、２つの共振系の出力信
号の差が小さくても高い精度にて加速度を計測すること
ができる利点がある。
【図１】本発明による加速度計の構成例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明による加速度計の動作を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明による加速度計の第１の演算部の構成及
び動作を説明するための説明図である。
び動作を説明するための説明図である。
【図４】クロック信号発生部の構成例を示す図である。
【図５】従来の加速度計の構成例を示す図である。
【図６】従来の加速度計の加速度と出力信号の関係を示
す図である。
す図である。
１１ 弾性体、梁 １１Ａ 上面 １１Ｂ 下面 １３ 支持部材 １５ 重り ２０Ａ、２０Ｂ 共振系 ２１ 共振器 ２１−１ 入力電極 ２１−２ 出力電極 ２３ 電源端子 ２５ 増幅器 ２７ バッファアンプ ３１ ミキサ ３３ フィルタ ４１ 第１の演算部 ４２ 第２の演算部 ４３ 第３の演算部 ４５ クロック信号発生部
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の振動部を振動させるための第１の
共振系と第２の振動部を振動させるための第２の共振系
とを有し、外力によって上記第１及び第２の振動部が変
形したとき、上記第１の共振系の共振周波数ｆ1 と上記
第２の共振系の共振周波数ｆ2 の差Δｆ＝ｆ1 −ｆ2 よ
り加速度を求めるように構成された加速度計において、 所定の計測時間ｔS 内に上記第１の共振系の出力信号を
入力して第１の共振周波数ｆ1 のパルスのパルス間隔を
クロックパルスを使用して計測する第１の演算部と、 所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出力信号を
入力して第２の共振周波数ｆ2 のパルスのパルス間隔を
クロックパルスを使用して計測する第２の演算部と、 上記第１及び第２の演算部によって計数された第１及び
第２の共振周波数ｆ1、ｆ2 のパルスのパルス間隔より
加速度を演算する第３の演算部と、 を有することを特徴とする加速度計。 - 【請求項２】 請求項１記載の加速度計において、 上記第１の演算部は、所定の計測時間ｔS 内に上記第１
の共振系の出力信号を入力して第１の共振周波数ｆ1 を
指示するパルス信号を生成し、該パルス信号のパルス数
Ｎ1 を計数するＮ1 カウンタと、上記所定の計測時間ｔ
S 内に上記パルス数Ｎ1 に対応して上記クロックパルス
数ｎ1 を計数する第１のレジスタと、を有し、 上記第２の演算部は、所定の計測時間ｔS 内に上記第２
の共振系の出力信号を入力して第２の共振周波数ｆ2 を
指示するパルス信号を生成し、該パルス信号のパルス数
Ｎ2 を計数するＮ2 カウンタと、上記所定の計測時間ｔ
S 内に上記パルス数Ｎ2 に対応して上記クロックパルス
数ｎ2 を計数する第２のレジスタと、を有し、 上記第３の演算部は、上記第１及び第２の演算部より供
給されたパルス数Ｎ1、ｎ1 、Ｎ2 、ｎ2 と定数Ｋより
次の式によって加速度を演算するように構成されている
ことを特徴とする加速度計。 Ａ＝Ｋ（Ｎ1 ／ｎ1 −Ｎ2 ／ｎ2 ） - 【請求項３】請求項２記載の加速度計において、 上記Ｎ1 カウンタは所定の計測時間ｔS 内に上記第１の
共振系の出力信号を入力して第１の共振周波数ｆ1 のパ
ルスの立ち上がり毎に１パルス生成することによって上
記パルス信号を生成するように構成され、上記Ｎ2 カウ
ンタは所定の計測時間ｔS 内に上記第２の共振系の出力
信号を入力して第２の共振周波数ｆ2 のパルスの立ち上
がり毎に１パルス生成することによって上記パルス信号
を生成するように構成されていることを特徴とする加速
度計。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の加速度
計において、 上記第１及び第２の共振系によってそれぞれ上記第１及
び第２の振動部に生成される振動は表面弾性波であるこ
とを特徴とする加速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31837194A JPH08178948A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 加速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31837194A JPH08178948A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 加速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08178948A true JPH08178948A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18098408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31837194A Pending JPH08178948A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 加速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08178948A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010160101A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Denso Corp | 弾性表面波センサおよび弾性表面波センサの圧力測定方法 |
| JP2019168354A (ja) * | 2018-03-23 | 2019-10-03 | 日立金属株式会社 | 透磁率センサ及び透磁率検出方法 |
-
1994
- 1994-12-21 JP JP31837194A patent/JPH08178948A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010160101A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Denso Corp | 弾性表面波センサおよび弾性表面波センサの圧力測定方法 |
| JP2019168354A (ja) * | 2018-03-23 | 2019-10-03 | 日立金属株式会社 | 透磁率センサ及び透磁率検出方法 |
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