JPS59183375A - 方向検出器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、移動方向と移動速度とから自動車や飛行機等
の移動体の移動経路を検出・表示する装置（ルートロー
カス装置）に利用する方向検出器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、移動体の移動方向を検出する方向検出器として、
たとえば以下に示すような検出器がある。

（１）　　スピン軸の偏位角を検出するコース・ジ＾・
イロ検出器。

（２）　　コリオリの力による気体の流れの偏りを検出
するガスレート検出器。

（３）　　光を利用して検出するレーザジャイロ検出器
。

（４）地磁気を検出する磁気検出器。

しかしながら、上記（］、ｊ〜（４）等の方向検出器は
、産業設備用や実験測定用として利用されているので高
価格となり、自動車等の大衆商品用としては使用できな
いものであった。

発明の目的 本発明は、上記従来例の欠点を除去するものであり、低
価格で高精度の方向検出器を提供することを目的とする
ものである。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するだめに、支柱に取りつけら
れた金属板の腕にスＩ・レンゲージを設け、この金属板
が角加速度や遠心力等の作用力を受けたときに生しる歪
をこのストレノゲージの抵抗値の変化として検出し、こ
の抵抗値の変化をホイトス）・−ンブリ、ジで電圧の変
化として出力するものである。

実施例の説明 以１；に本発明の一実施例の構成について、図面ととも
に説明する。

第１図は本発明の一実施例における方向検出器の斜視図
を示している。第１図において、■は方向検出器であり
、この方向検出器１は移動体の移動中における方向変更
の度合を電圧値の変化として出力するものである。２は
箱状の台座であシ、この台座２内には゛第３図に示す電
気回路が内蔵されている。３は台座の上面に直立して固
定された支柱である。７．８は台座２の上面に接合され
たストレノゲージである。この支柱３の上部には金属板
からなる腕４がビス９により直角に固定されている。５
は腕４の一端の支柱３と接触している簡に接合されたス
トレノゲージ、６は腕の他端の裏面側に接合されたスト
レノゲージである。これルマニウムＧｅからなる直方体
状の小片であり、シリコン、ゲルマニウムのピエゾ抵抗
効果を利用したものである。このストレンゲージ５〜８
に作用力が加えられると、このストレンゲ−７５〜８の
抵抗値が変化するものである。

なお、上記実施例では、ストレンゲ−シフ、８をホイト
ス）・−ンブリノ／の固定抵抗素子として使用している
が、ストレノゲージ７．８に替え、固定抵抗器を用いて
もよいものである。

第２図は、方向検出器ｌの要部を上から見た図であシ、
方向検出器１が、反時泪方向ＣＡ力向）に移動したとき
に、遠心方向に作用力１・°が腕４に加えられ湾曲した
状態を示している。この状態では、腕４の湾曲に伴ない
、ストレノゲージ５は伸び抵抗値が増大する。反対にス
トレノゲージ６は縮み抵抗値が減少する。

第３図は、この方向検出器１の電気回路図である。５．
６は第１図で示したストレンゲージであり、このストレ
ノゲージ５．６は、それぞれ固有の抵抗値）（、、、Ｒ
，２を有している。７．８も第１図で示したストレノゲ
ージであり、このストレンゲ−７７，８ばそれぞれ固有
の抵抗値Ｒ３、■（，４を有している。このストレノゲ
ージ５の一端はストレノゲージ６の一端と接続され、ス
トレンゲ−シロの他端とスｉ・レンゲ−シフの一端と接
続され、ストレンゲ−シフの他端とストレノゲージ８の
一端と接続され、ストレノゲージ８の他端とストレノゲ
ージ５の他端が接続され、ホイトストーンブリノジが形
成されている。ストレノゲージ５と８の間に・・ノテリ
ー９のマイナス側が、抵抗６．７０間にバッテリー９の
プラス側が接続されている。

１０は差動増幅器であシ、この差動増幅器］０はストレ
ンゲージ５と６の間から一方の入力が接続され、ストレ
ンゲ−シフと８の間から他方の入力が接続されており、
出力端子］１から増幅された差動電圧が出力される。第
１図のように、腕４に作用力が加わらないと、第３図の
ストレノゲージ５〜８の抵抗値は全て同じなので、ホイ
トストーンブリノジの平衡条件、 （Ｒ，）　Ｘ　（Ｆｔ３）＝　（１ｔ２）　Ｘ　（Ｒ，
）を満たし、差動増幅器１００２つの入力電圧の電圧差
はなくなシ、出力１１からは出力電圧は発生しない。

一方、第２図のように作用力Ｆが腕４に加わると、スト
レノゲージ５は伸び、抵抗値が増加する（■充、−ｐＲ
，＋△Ｒ，）。甘だ、ストレンゲ−シロは縮み、抵抗値
は減少する（１ｔ２→Ｉ（、−△１尤）。一方、ストレ
ノゲージ７．８は台座２に接合されているので、方向検
出器１が移動しても腕４のように湾曲せず、もとのまま
の形状となっており、抵抗値Ｒ１，１１，４の変化はな
い。

このように、第２図のごとく腕４が湾曲するとストレノ
ゲージ５．６の抵抗値が変化して、第３図のホイトスト
−７ブリノゾの平衡がくずれる。

すなわち、 １、＋△Ｒ，）Ｘ（Ｒ３ン＞（Ｒ，−へ１％）ｘ（Ｒ，
、）となシ、ストレノゲージ５と６の間の電圧がストレ
ンゲ−シフと８の間の電圧より高くなって、その電圧差
が増幅されて出力電圧となり、出力端子１１から出力さ
れる。

寸だ、第２図とは反対に方向検出器１が時計方向に移動
したときには、腕４は第２図と反対に湾曲し、ストレン
ゲージ５が縮み、ストレンゲ−シロが伸びるものである
。今度はストレンゲージ５の抵抗値が減少しくＲ１，→
■（，１→△Ｒ，）　、ストレンゲーン６の抵抗値が増
加する（Ｒ２→Ｒ２＋△Ｒ）。そしてストレンゲ−シフ
と８の間の電圧がストレンゲ−、ン５と６の間の電圧よ
り高くなり、差動増幅器１０からは第２図のような金属
板の腕４とは極性が反対の出力電圧が発生するものであ
る。

このようにして、方向検出器１の出力電圧と極性とから
遠心方向の加速度αが求められるものである。

次に移動体の移動径路を検出する方法を示す。

ルートローカス装置は方向検出器の出力電圧とともに以
下の合計４項目のデータを常時検出できるものとすると
、移動体の現在の位置Ｚ（Ｘ、、、￥２）と、出発点か
らの方向θを検出するものである。

常時検出できるデータは、 α。

（２）　　スピード計の出力信号から速さｖｏ（３）時
計の出力信号から経過時間Ｔ。

（４）ルートローカス装置の初期設定地点、すなわち出
発点の位１畷Ｘ６、ｙ、）。

の４項目である。

ここで第４図を用いて定量的に示す。第４図は、車の移
動をグラフ化した図である。第４図において（Ｘ＋　、
Ｙ＋）は、ある移動体の移動中匠おける、出発点の位置
である。この出発点の進行方向が、「最初の方向」とし
て示されている。（Ｘ２、￥２）は’（ｘ＋、Ｙ、）の
位置から「車の移動経過」後の新たな位置を示している
。この「車の移動経過」は半径ｒの円周の一部であシ、
その円の中心点は（ＸｏｌＹｏ）である。

中心点（Ｘｏ、　Ｙｏ）で半径ｒの円において、（Ｘｌ
、Ｙｌ）から（Ｘ２、￥２）に車が移動したとき、その
移動距離を矛とする。角速度をω、経過時間をＴとする
と、移動角度はωＴとなる。また、（Ｘ３、Ｙｌ）から
（Ｘ２、Ｙ２）の直線と上記「最初の方向」との角度を
θとする。

ここで一般的に、円運動しているときの速度をＶ、円運
動の半径をｒ、遠心方向の加速度をαとすると、 α’ＩＩ”　＝　２πυ　　　・・・・・・・・■Ｕ　
Ｔ　＝　２πｒ　　　・　・・・・・・・■となる。ま
だ、円運動の角速度をω、（Ｘ４、Ｙ、）から（Ｘ２、
Ｙ２）への移動距離盆形とすると１．８　：　υＴ　　
　　　　・　・　・・　　■β＝ωＴ１〜　　　　　　
　・−・・−■となる。ここで０式、０式からαを求め
ると、α　＝　□　　　　　　　　　・・・・・・　　
■となり、０式、■式からωを求めると１、−□　　　
　・・・・・　　　■ となる。

加速度αと速度υとから、■式によシ回転半径ｒが求め
られる。この回転半径ｒと速度υとから０式により角速
度ωが求められる。この回転半径「と最初の位置（Ｘ　
１、￥１）から回転の１中心座標（Ｘｏ、ＹＯ）が求め
られる。

新座標（Ｘ２、￥２）は、ベクトル回転により次式によ
シ定まる。

従って、車の進行方向は、座標（ｘ、　、ｙ、）、と座
標（Ｘ２、Ｙｌ）より次式で決定される。

このように、方向検知器１により、方向が定められる。

また、右旋回したときは、遠心方向の加速度αが、左旋
回の時と符号が逆になり、角度θの符号は逆になるため
左右どちらの方向に旋回したかがわかる。直進の場合は
、遠心方向の加速度αはＯとなるので直進と判別できる
。

次に本発明の第２、第３の実施例について説明する。第
５図Ａ１Ｂは本発明の第２の実施例を示す図であり、第
５図Ａにおいて、金属板の腕４には、ストレンゲージ５
．１個だけが一体に接合されていることを示している。

第５図Ｂは、第５図Ａの電気回路図を示しており、結線
は、第１の実流側の電気回路図の第３図と同様である。

たたし、第；う図と第５図Ｂとを比較すると、方向検知
器１寸／ζＩｔｊ’、　、＋　２の加速度に伴って抵抗
値が変化するストレンゲージは、第３図の場合、ストレ
ンゲージ５と６の２個に対し、第５図Ｂの場合ストレン
ゲ−１５の１個だけである。従って出力端子］】の出力
電圧は同一加速度のとき、第３図に比べ第５図１３か生
滅する。

第６図Δ、１３は本発明の第３の実施例を示す図であり
、第６図Ａにおいて、金属板の腕４には、ストレンゲー
ジ５．６．７．８と４個とも全部が一体に接合されてい
ることを示している。第６図１（附−第６図Ａの電気回
路図を示しており、結線は第２の実施例の電気回路図の
第３図と同様である。

たたし、第３図と第６図１３とを比較すると、方向検知
器１１だｉｄ　］、　ｌ）の加速度に伴って抵抗値か変
化するストレンゲージは、第３図の場合、ストレンゲ−
１５と６の２個に対し、第６図１３の場合ストし／ゲー
ジ５．６．７．８と４個全部である。

従って出力端子１１の出力電圧は同一加速度のとき第３
図に比べ第６図１３が倍増する。

このように、第２、第３の実施例かられかるように、同
一の台座２、支柱３、金属板の腕４および差動増幅器１
０を使用していても、ストレンゲージの配置により出力
電圧の電圧値が異なるものである。

発明の効果 本発明は上記のような構成であり、以下に示す、効果が
得られるものである。

（１）　　ストレンゲ−７と、支柱、腕とで構成される
だめ、安価な方向検出器が実現できる。

（２）　　ストレンゲーシと、支柱、腕の簡単な構成要
素の組み合わせなので各々の温度係数を一致さぜやずく
、かつホイＩ・スト−ノブ９２２回路で出力電圧の平衡
を取りやすいので広範囲の活１１度で使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における方向検出器の斜視図
、第２図は同方向検出器か左方向に旋回したときの要部
の変化を示す上面図、第３図は同検出器の斜視図。 １　方向検出器、２　台座、３　支柱、４　腕、５〜８
　ストレンゲ−／、９　ノ・ノｙ’）　−１１０差動増
幅器、１１　出力端子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 ”４図　　　　１７．カ。 第５図 （ハ）　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）第６図 （ハ）（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 支柱に設けられた弾性を有する腕と、この腕の端部に接
   合され移動中の加速度で発生する遠心力によりこの腕と
   ともに弾性変形するピエゾ抵抗効果を有する少なくとも
   １個のストレンゲージと、このストレンゲージと固定抵
   抗素子とからなるホイＩ・スト−ンブリッジの出力電圧
   を増幅する増幅器とからなり、この増幅器の出力電圧の
   大きさと極性から移動体の加速度の大きさと方向とを検
   出する方向検出器。