JPS58100754A - 加送度センサ - Google Patents
加送度センサInfo
- Publication number
- JPS58100754A JPS58100754A JP56199513A JP19951381A JPS58100754A JP S58100754 A JPS58100754 A JP S58100754A JP 56199513 A JP56199513 A JP 56199513A JP 19951381 A JP19951381 A JP 19951381A JP S58100754 A JPS58100754 A JP S58100754A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- mass
- acceleration
- acceleration sensor
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- G01P15/093—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 photoelectric pick-up
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１） 発明の技術分野
本発明は、構造物の衝撃あるいは振動測定に使用される
加速度センサに関し、特に加速度を可動物体の変位量に
変換し、その変位の大きさを光学的手段を用いて検出す
るようにした加速度セ／すに関する。
加速度センサに関し、特に加速度を可動物体の変位量に
変換し、その変位の大きさを光学的手段を用いて検出す
るようにした加速度セ／すに関する。
（２）技術の背景
従来、使用されている加速度を電子的に検出する加速度
センサは、可動部質量Ｍに加速度ｉが作用する時に発生
する力 Ｆ ＝ Ｍ Ｍ を、圧電素子に作用させるか、Ｆに比例する曲げ歪を半
導体素子で検出するようにして、電気信号（変換するも
のである。
センサは、可動部質量Ｍに加速度ｉが作用する時に発生
する力 Ｆ ＝ Ｍ Ｍ を、圧電素子に作用させるか、Ｆに比例する曲げ歪を半
導体素子で検出するようにして、電気信号（変換するも
のである。
最近、大容量・高密度の磁気ディスク装置等の精密機器
では、構造体の振動、雑音を極小化するため、ミクロン
オーダの振幅を広い周波数範囲で検出し、構造体の振動
解析を行なう必要性が増大している。この場合には、た
とえば数ミリメートル程度のサイズの小型軽量で高感度
の加速度センサが多数個使用される。
では、構造体の振動、雑音を極小化するため、ミクロン
オーダの振幅を広い周波数範囲で検出し、構造体の振動
解析を行なう必要性が増大している。この場合には、た
とえば数ミリメートル程度のサイズの小型軽量で高感度
の加速度センサが多数個使用される。
（３）従来技術と問題点
従来使用されている加速度センサは、大部分が圧電型か
半導体ゲージ型かのいずれかのタイプに属している。
半導体ゲージ型かのいずれかのタイプに属している。
第１図は、圧電型の例を示し、１は可動部質量、２は圧
電素子、３はペースである。可動部質量ＩＫ加速度が作
用されたとき、圧電素子２に機械的応力に比例した電荷
が生じる。圧電素子を使用する場合には、外部電源が不
要となる点でメリットがあるが、直流（静的変位）ある
いは低域周波数での応答特性に問題がある。
電素子、３はペースである。可動部質量ＩＫ加速度が作
用されたとき、圧電素子２に機械的応力に比例した電荷
が生じる。圧電素子を使用する場合には、外部電源が不
要となる点でメリットがあるが、直流（静的変位）ある
いは低域周波数での応答特性に問題がある。
第２図は、半導体ゲージ型の例を示し、４は可動部質量
、５はカンチレバー、６は半導体ゲージ素子、７はベー
スを表わしている。
、５はカンチレバー、６は半導体ゲージ素子、７はベー
スを表わしている。
半導体ゲージ素子は、半導体シリコン抵抗体でつくられ
、機械的な応力に比例して電気抵抗が変化するものであ
る。半導体ゲージ素手６は、機械的応力に比例して変位
するカンチレバ一部に取シ付けられ、直流あるいは低域
周波数にも応答することができる。
、機械的な応力に比例して電気抵抗が変化するものであ
る。半導体ゲージ素手６は、機械的応力に比例して変位
するカンチレバ一部に取シ付けられ、直流あるいは低域
周波数にも応答することができる。
しかし、これらのいずれの盤も、温度変化や電磁場ノイ
ズフィールド岬が併存する通常の使用環境下では、温度
補償や電磁ノイズ対策等の配慮を充分にする必要があっ
た。また、小屋軽量、高感度で高Ｓ／Ｎ、かつ経済的と
いう条件を同時に満たさせることは困難であった。
ズフィールド岬が併存する通常の使用環境下では、温度
補償や電磁ノイズ対策等の配慮を充分にする必要があっ
た。また、小屋軽量、高感度で高Ｓ／Ｎ、かつ経済的と
いう条件を同時に満たさせることは困難であった。
（４）発明の目的
本発明の目的は、加速度による変位の検出に光を使用す
ることにより、耐環境性の優れた、小型軽量の加速度セ
ンサを提供するととである。
ることにより、耐環境性の優れた、小型軽量の加速度セ
ンサを提供するととである。
（５）発明の構成
本発明は、可動部質量を、バネ定数Ｒなるバネで支持し
たとき、加速度−に対して、 Ｍ ’ｉ−ＲＷ なる加速度に比例し九変位を生じる事に着目し、該変位
量２を光学的に検出するようにして、この値から加速度
−を求める亀のである。
たとき、加速度−に対して、 Ｍ ’ｉ−ＲＷ なる加速度に比例し九変位を生じる事に着目し、該変位
量２を光学的に検出するようにして、この値から加速度
−を求める亀のである。
本発明は、そのための構成として、外部加速度 “に
比例して変位する可動部質量を有するヘッド部と、光源
と、変位検出機と、５ラド部の変位表面に焦点を結ぶよ
うに光源からの光を伝達するとともに上記変位表面から
の反射光を変位量検出部に伝達する光学手段とをそなえ
、上記変位量検出部は、上記可動部質量の変位の大きさ
を、変位表面上の焦点位置ずれを検出することによシミ
気信号に変換することを特徴としている。
比例して変位する可動部質量を有するヘッド部と、光源
と、変位検出機と、５ラド部の変位表面に焦点を結ぶよ
うに光源からの光を伝達するとともに上記変位表面から
の反射光を変位量検出部に伝達する光学手段とをそなえ
、上記変位量検出部は、上記可動部質量の変位の大きさ
を、変位表面上の焦点位置ずれを検出することによシミ
気信号に変換することを特徴としている。
（６）発明の実施例
以下に、実施例にしたがって本発明を詳述する。
第３図は、本発明実施例の構成図である。同図において
、８は加速度センサのヘッド部、９は可動部質量、１０
はバネ、１１はケース、１２は対物レンズ、１３は光フ
ァイバ、１４は光源自変位量検出部、１５はレーザ・ダ
イオード、１６は集光レンズ、１７はハーフ・ミラー、
１８はシリンドリカル・レンズ、１９は４分割フォト・
ダイオード、をそれぞれ示す。
、８は加速度センサのヘッド部、９は可動部質量、１０
はバネ、１１はケース、１２は対物レンズ、１３は光フ
ァイバ、１４は光源自変位量検出部、１５はレーザ・ダ
イオード、１６は集光レンズ、１７はハーフ・ミラー、
１８はシリンドリカル・レンズ、１９は４分割フォト・
ダイオード、をそれぞれ示す。
レーザ・ダイオード１５からの光は、ハーフ・ミラー１
７を通過し、レンズ１６によシ光束を絞られ、光ファイ
バ１３に入射される。ヘッド部８において、光ファイバ
１３から出た光は、対物レンズ１２によシ、可動部質量
９０表面に焦点を結ぶようにされる。
７を通過し、レンズ１６によシ光束を絞られ、光ファイ
バ１３に入射される。ヘッド部８において、光ファイバ
１３から出た光は、対物レンズ１２によシ、可動部質量
９０表面に焦点を結ぶようにされる。
光ファイバ１３は、ヘッド部８の軽量化およびＳ／Ｎの
向上のために使用される。
向上のために使用される。
ヘッド部εは、測定対象の構造体に貼着されており、測
定状態において、構造体の振動は可動部質量９に加速度
として作用し、加速度に比例した変位を生じさせる。そ
の結果、質量９上の焦点位置はずれ、そのずれた変位面
位置からの反射光は、対物レンズ１２、光フアイバ１１
集光レンズ１６を経て、ハーフ・ミラー１７で反射され
、シリンドリカル・レンズ１８を通して、４分割７オト
・ダイオード１９に投射される。４分割フォト・ダイオ
ード１９上の光点パターンは、質量表面の変位の大きさ
を表わしてい“る。
定状態において、構造体の振動は可動部質量９に加速度
として作用し、加速度に比例した変位を生じさせる。そ
の結果、質量９上の焦点位置はずれ、そのずれた変位面
位置からの反射光は、対物レンズ１２、光フアイバ１１
集光レンズ１６を経て、ハーフ・ミラー１７で反射され
、シリンドリカル・レンズ１８を通して、４分割７オト
・ダイオード１９に投射される。４分割フォト・ダイオ
ード１９上の光点パターンは、質量表面の変位の大きさ
を表わしてい“る。
第４図は、本実施例の光学系のみを取り出して示した説
明図であり、第５図（５）乃至（ｃ）は、本実施例の４
分割フォト・ダイオードに投射された光点の儂が、質量
表面の焦点位置ずれによって変形される様子と、その電
気信号への変換回路とを示す説明図である。これら第４
図および第５図に示された変位検出機構は、シリンドリ
カル・レンズ法として知られている。
明図であり、第５図（５）乃至（ｃ）は、本実施例の４
分割フォト・ダイオードに投射された光点の儂が、質量
表面の焦点位置ずれによって変形される様子と、その電
気信号への変換回路とを示す説明図である。これら第４
図および第５図に示された変位検出機構は、シリンドリ
カル・レンズ法として知られている。
第４図において、１ｚは対物レンズ、１７′はハーフ・
ミラー、１８′はシリンドリカル・レンズ、１ｇはフォ
ト・ダイオード受光面、Ｓは光源 Ｓ／は質量の表面を
示す。また第５図において、２０乃至２３は４分割フォ
ト・ダイオードの各エレメントを示し、２４ハ差動増幅
器を示す。差動増幅器２４の十入力にはエレメント、２
０Ｓ２２が、また−人力にはエレメント２１、詔が接続
されている。
ミラー、１８′はシリンドリカル・レンズ、１ｇはフォ
ト・ダイオード受光面、Ｓは光源 Ｓ／は質量の表面を
示す。また第５図において、２０乃至２３は４分割フォ
ト・ダイオードの各エレメントを示し、２４ハ差動増幅
器を示す。差動増幅器２４の十入力にはエレメント、２
０Ｓ２２が、また−人力にはエレメント２１、詔が接続
されている。
第４図の光学系において、可動質量の基準位看では、対
物レンズｊを通過した光は、質量表面Ｓ′上に焦点を結
んでいる。このとき、４分割ダイオードに投射される光
点パターンは、第５図（ｂ）に示すような小円（ハツチ
ングを施した部分）をなし、かつ４分割ダイオードの中
央部に位置している。
物レンズｊを通過した光は、質量表面Ｓ′上に焦点を結
んでいる。このとき、４分割ダイオードに投射される光
点パターンは、第５図（ｂ）に示すような小円（ハツチ
ングを施した部分）をなし、かつ４分割ダイオードの中
央部に位置している。
このため、差動増幅器の入力は平衡し、出力は０レベル
にとどまる。
にとどまる。
次に、可動質量の表面Ｓ′が加速度の作用を受けて対物
レンズ側に変位したときには、４分割ダイオードに投射
される光点パターンは、シリンドリカル・レンズの作用
によシ、第５図（Ｇ）に示すように上下方向に長い楕円
状となる。このため、差動増幅各社＋入力のレベルが高
くなり、＋の入力レベルに応じた大きさの出方を生じる
。また、可動部質量の表面Ｓ′が、対物レンズから離れ
る方向に変位したときには、同様にシリンドリカル・レ
ンズの作用により、第５図（ｅ）に示すように、左右方
向に長い楕円状の光点パターンを生じる。これにょシ、
差動増幅器の一人カレベルが上り、−の入力レベルに応
じた大きさの出力を生じる。
レンズ側に変位したときには、４分割ダイオードに投射
される光点パターンは、シリンドリカル・レンズの作用
によシ、第５図（Ｇ）に示すように上下方向に長い楕円
状となる。このため、差動増幅各社＋入力のレベルが高
くなり、＋の入力レベルに応じた大きさの出方を生じる
。また、可動部質量の表面Ｓ′が、対物レンズから離れ
る方向に変位したときには、同様にシリンドリカル・レ
ンズの作用により、第５図（ｅ）に示すように、左右方
向に長い楕円状の光点パターンを生じる。これにょシ、
差動増幅器の一人カレベルが上り、−の入力レベルに応
じた大きさの出力を生じる。
このようにして、可動部質量の変位量は、差動増幅器の
出力から電気信号の形で高精度に取り出すことができる
。
出力から電気信号の形で高精度に取り出すことができる
。
第６図は、可動部質量およびそれを支えるバネの組立体
の１つの具体的構造例を示したものである。同図におい
て、脚は可動部質量、２６は光を反射させる変位表面、
ｎは同心円状の分割スリットを有する板バネを示す。
の１つの具体的構造例を示したものである。同図におい
て、脚は可動部質量、２６は光を反射させる変位表面、
ｎは同心円状の分割スリットを有する板バネを示す。
本実施例の典型的な使用例では、可動部質量の変位の大
きさは、±０．１ｍｓ程度以内であるが、質量あるいは
板バネの仕様は、目的に応じて適当に選べばよい。
きさは、±０．１ｍｓ程度以内であるが、質量あるいは
板バネの仕様は、目的に応じて適当に選べばよい。
（７）発明の効果
本発明によれば、加速度に比例した可動部質量の変位が
光学的に検出されるため、センサ・ヘッド部の構造が単
純になり、高精度であシながら小型軽量化を図ることが
できる。また、ヘッド部と光源・変位量検出部との間の
信号授受が光ファイバを用いて行麦われるため、電磁的
雑音の影響を受けない加速度センサが実現できる。
光学的に検出されるため、センサ・ヘッド部の構造が単
純になり、高精度であシながら小型軽量化を図ることが
できる。また、ヘッド部と光源・変位量検出部との間の
信号授受が光ファイバを用いて行麦われるため、電磁的
雑音の影響を受けない加速度センサが実現できる。
第１図は従来の圧電型加速度センサの断面図、第２図は
従来の半導体ゲージ型加速度センサの断面図、第３図は
実施例の構成図、第４図は実施例の光学系説明図、第５
図祉実施例の変位量検出部の説明図、第６図は実施例の
可動部質量おｉびバネの外観図である。 図中、８はヘッド部、９は可動部質量、１ｏはバネ、１
１Ｆｉケース、νは対物レンズ、１３は光ファイバ、１
４は光源・変位量検出部、１５はレーザ・ダイオード、
１６は集光レンズ、１７はハーフ・ミラー、１８はシリ
ンドリカル・レンズ、１９は４分割フォト・ダイオード
、をそれぞれ示す。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士長谷川文廣 （外１名）
従来の半導体ゲージ型加速度センサの断面図、第３図は
実施例の構成図、第４図は実施例の光学系説明図、第５
図祉実施例の変位量検出部の説明図、第６図は実施例の
可動部質量おｉびバネの外観図である。 図中、８はヘッド部、９は可動部質量、１ｏはバネ、１
１Ｆｉケース、νは対物レンズ、１３は光ファイバ、１
４は光源・変位量検出部、１５はレーザ・ダイオード、
１６は集光レンズ、１７はハーフ・ミラー、１８はシリ
ンドリカル・レンズ、１９は４分割フォト・ダイオード
、をそれぞれ示す。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士長谷川文廣 （外１名）
Claims (2)
- （１）外部加速度に比例して変位する可動部質量を有す
るヘッド部と、光源と、変位量検出部と、ヘッド部の変
位表面に焦点を結ぶように光源からの光を伝達するとと
もに上記変位表面からの反射光を変位量検出部に伝達す
る光学手段とをそなえ、上記変位量検出部は、上記可動
部質量の変位の大きさを、変位表面上の焦点位置ずれを
検出することによシミ気信号に変換することを特徴とす
る加速度センナ。 - （２）前記第１項記載の加速度センサにおいて、ヘッド
部と光源および変位量検出部との間を、光ファイバによ
シ結合したことを特徴とする加速度センナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199513A JPS58100754A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 加送度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199513A JPS58100754A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 加送度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58100754A true JPS58100754A (ja) | 1983-06-15 |
Family
ID=16409062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56199513A Pending JPS58100754A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 加送度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58100754A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108333387A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-07-27 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光路敏感型加速度计 |
-
1981
- 1981-12-11 JP JP56199513A patent/JPS58100754A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108333387A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-07-27 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光路敏感型加速度计 |
| CN108333387B (zh) * | 2018-01-25 | 2021-04-06 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光路敏感型加速度计 |
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