JPS5946329B2 - 誤差補正機構を有するサ−ボ式空盒計器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は航空機の高度計として好適に利用できるサーボ
式宇金計器、さらに詳しく言えば空倉固有の特性等に基
づいて生ずる誤差を除去し、精度の高い表示または出力
を得ることができるよう（こ改良された誤差補正機構を
有するサーボ式空倉計器に関する。

宇金の内外の圧力差に基づいて生ずる宇金の軸方向の変
形を拡大して指示する空倉計器が広く用いられる。

高度計の最も簡単なものは空倉の軸方向の変化を回転方
向の変化に変換したのち（こ拡大して、指針により表示
を行°なうように構成されている。

その表示は指針の振れ角と、高度が比例することが好ま
しい。

そのため宇金の特性と角度変換装置の特性の改善が永年
性なわれてきた。

しかしながら、高度の変角表示を得るための理想的な宇
金の特性を得ることが困難であること、個々の宇金間に
特性のばらつきがあることから、現実（こは高度に対応
して表示誤差が許容される。

第１図は表示誤差の許容範囲と、従来の高度計の特性の
州列を示すグラフである。

第１図においてａの示す折線は許容される正の上限、ｂ
の示す折線は下限、Ｃは特性を示している。

計器製造業者は宇金の選別、変換器との結合部の調整な
どにより精度の高い高度計を得ようとしている。

第１図に示す例では、低い高度の領域および９１１４ｍ
（３００００フイート）近辺では比較的正しい表示が得
られているが、６０９６ｍ（２００００フイート）近辺
および１２０１９２ｍ（４００００フイート）近辺では
許容限界内ではあるが、相当の誤差が残っている。

このような誤差を宇金の特性を改善することｌこよって
減少させることはきわめて困難である。

このような誤差は高度計をサーボ式にして航空機の自動
操縦装置ｌこ情報を提供するようｌこする場合に極力少
なくすることが望まれる。

本発明の第１の目的は、前記宇金計器の特性に原因して
発生する誤差を極力補正して、宇金の変位の原因となる
圧力差に正確に対応する電気信号を得て、この信号を自
動制卸等に利用できる誤差補正機構を有するサーボ式宇
金計器を提供することにある。

本発明の第２の目的は、前記宇金計器の特性（こ原因し
て発生する誤差を極力補正して、宇金の変位の原因とな
る圧力差に正確に対応する表示を行うことができる誤差
補正機構を有するサーボ式宇金計器を提供することにあ
る。

前記第１の目的を達成するためｌこ、本発明（こよる誤
差補正機構を有するサーボ式空倉計器は、−以上の宇金
と、前記空倉の変位量に対応して回転させられるセクタ
と、前記セクタとの相対角度位置を検出するホトセンサ
と、前記センサを支持して回動する支持体と、前記支持
体に対する前記センサの位置を支持体の位置（こ対応し
て調節する前記宇金の特性補正用のカム組立と、前記支
持体を駆動するモータと、前記モータの回転位置角度ｌ
こ関する情報を含む電気信号を発生する電気信号発生手
段と、前記ホトセンサ出力を増幅し、前記モータを前記
ホトセンサの出力が一定（こなるよう（こ駆動する増幅
器とを含み前記電気信号発生手段から前記宇金の特性の
補正がされた電気信号を得るよう（こ構成されている。

前記第２の目的を達成するため（こ本発明による誤差補
正機構を有するサーボ式空倉計器は、−以上の宇金と、
前記宇金の変位量に対応して回転させられるセクタと、
前記セクタとの相対角度位置を検出するホトセンサと、
前記センサを支持して回動する支持体と、前記支持体に
対する前記センサの位置を支持体の位置（こ対応して調
節する前記宇金の特性補正用のカム組立と、前記支持体
を駆動するモータと、前記ホトセンサ出力を増幅し、前
記モータを前記ホトセンサの出力が一定になるように駆
動する増幅器と、前記モータの回転位置角度を示す表示
手段と、前記表示手段ｌこより前記宇金の特性の補正が
された表示を得るように構成されている。

以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

以下（こ説明する実施例は本発明を航空機の高度計に適
用したものであり、自動操縦装置に供給する高度に関す
る電気信号を出力するててもに、操縦者に高度に関する
視覚表示を提供できるよう（こ構成されている。

すなわちこの実施例は前記第１の発明と第２の発明の構
成を総て備えている。

そしてこの実施例から視覚表示のための表示手段を除去
した構成が前記第１の発明の実施例となり得る。

また、この実施例からモータの回転位置角度（こ関する
情報を含む電気信号を発生する電気信号発生手段を除去
した構成が前記第２の発明の実施例となる。

第１図は従来の高度計の特性と、本発明による高度計の
実施例装置の一例の特性を比較して示したグラフである
。

第２図は本発明〔こよる計器の実施例装置である高度計
の全体の構成を示す略図である。

第３図は前記高度計の圧力室内の構成を展開的（こ示し
た斜視図である。

第４図はカム組立と支持体組立の関係を示す断面図であ
る。

第５図Ａはカム組立の背面図である。

第５Ｂはカム組立の平面図である。

第６図はカム組立、支持体組立を示す平面図である。

第７図はカム組立、支持体組立、セクタの関連を示す平
面図である。

第８図はカム組立の変形例を示す斜視図である。

第９図Ａ、Ｂは、ホトセンサが調節される状態を示す略
図である。

第１０図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄはホトセンサとセクタの関係を
説明するための略図である。

第１１図はホトセンサの出力を説明するための略図であ
る。

以下、詳しく説明する本発明ｌこよる高度計の容器は計
器室９と圧力室１に分割されている。

圧力室１には静圧ラインが接続されており、その中に宇
金組立２が収容されている。

宇金組立２は、第３図（こ詳しく示されているよう（こ
２段の宇金を用いている。

この空會は良く知られているようにべＩＪ ＩＪウム銅
の容器内が真空（１０−５ｍｍＨｇ）にされているアネ
ロイドタイプの空會である。

この宇金組立２の軸方向の変位はロッキングレバー３よ
り角度変化に変換されてロッキング軸組立４１こ伝達さ
れる。

Ｌ字形のロッキングレバー３の下端は９會組立２の連結
部のピンに結合させられており、上端はロッキング軸組
立の補助腕４５（こ結合されている。

ロッキング軸４０と補助腕４５の距離を調節すること（
こ角度変換の特性を調節できる。

ロッキング軸４０は圧力室内のスタッド１０１゜１０４
（こ回転可能に支持されており、圧力室内の固定位置間
（こヘアスプリング４６が掛けられている。

ロッキング軸４０（こはさらに歯車４４、セクタ４１が
固定されている。

この実施例装置では前記宇金組立２１こ加えられるであ
ろう種々の加速度の影響を防止するための加速度補償組
立５が圧力室内に設けられている。

軸５０の圧力室用のスタッド１０２，１０３ｒこより回
転可能に支持されている。

この軸５０には歯車５１が一体に設けられている。

ヘアスプリング５３は軸５０と圧力容器内の固定位置間
に掛けられている。

この歯車５１は前記ロッキング組立の歯車と噛み合わさ
れている。

歯車３１１こ設けられているウェイト５２、歯車４４に
設けられているウェイト４２は、前記加速度補償用に設
けられたものである。

ロッキング軸４０に設けられているウェイト４３はロッ
キング軸組立の静的なバランスをとるためのウェイトで
ある。

加速度補償の原理は、本件発明者の出願による米国特許
第４０５４．０５２号に詳しく説明されており、本発明
の主要部、要するにロッキング軸組立４（こ一体ｌこ固
定されているセクタ４１は計器の姿勢、計器に加えられ
る加速度の影響を効果的に除されて宇金組立２の坤びに
対応して回転する。

しかし、この回転角度をそのまま表示すると、先に説明
したような宇金自体の特性および角度変換（こ関連する
誤差が含まれる。

サーボ式にしてこの回転角度に対応するサーボ出力を得
ても同様（こ誤差が含まれる。

圧力室１Ｇこは前記セクタ４１を追跡するためのホトセ
ンサ６が設けられている。

このホトセンサ６は、計器室９側から突出している。

駆動軸１２１に固定されている支持体組立１１こ固定さ
れている。

また、圧力容器１内（こは前記支持体組立１を変形させ
て、ホトセンサ６の前記軸１２１に対する位置角度を修
正するためのカム組立８が設けられている。

ホトセンサ組立６は第１０図Ａに示すように上側（こホ
トトランジスタ６Ｌ６２が設けられ、下側ｌこＬＥＤ６
３，６４が設けられている。

ホトトランジスタ６１とＬＥＤ６３の光軸、ホトトラン
ジスタ６２とＬＥＤ６４の光軸は一致させられており、
６１と６３の対がセクタ４１のエツジの検出のため用い
られ、６２と６４は検出レベル設定のために用いられる
。

各素子６Ｌ６２，６３゜６４の一方の端子は総て共通（
こ接続され、各ホトトランジスタ６１，６２の検出出力
取出し線と、ＬＥＤへの共通な電力供給線とで計４本の
接続線がホトセンサ組立６から引き出されている。

これ等の線は支持体組立７のドラムにゆるくまかれたの
ち（こ、計器容器９からの端子（第３図参照）（こそれ
ぞれ接続されている。

支持体組立７は後述するサーボモータ１０の回転が伝達
される駆動軸１２１に一体（こ支持されている（第４図
、第６図参照）。

固定用スリーブ７５（こは円板７２．γ３が固定されて
おり、前述したリード線群のボビンを形成している。

円板１２は弾性を有する板を加工したものであって、第
６図１こ示すように切溝７４が設けられている。

この切溝７４ｃこより分割された一方側（こローラ腕１
１と、前述したホトセンサ組立６が固定されている。

ローラ腕７１には後述するカム組立８のカム面ｌこ接触
するローラ１６が設けられている。

この円板７２の切溝７４で分割された部分はローラ７６
の高さに従って弾性的に変形してホトセンサ６の光軸を
傾ける。

カム組立８は基板８１、ピン台８２、カムピン８３．８
４，８５，８６、を含んでいる（第５図Ｂ参照）。

基板８１は圧力室１側の壁面ｌこ固定されており、中央
部を支持体駆動軸１２１１こ貫通されている。

この基板８１は圧力室１と計器室９を気密（こ分割する
ための０１Ｊング１２２（第４図参照）の押えを兼ねて
いる。

基板８１には弧状のピン台８２がねじ８８，８９により
固定されている。

このピン台には固定ピン８３，８４と調節用のカムピン
８５．８５．８６．８６が設けられている。

固定ピン８３はＯｍ（０フイート）の基準高さのピンで
あり、固定ピン８４は９１１４ｍ（３００００フイート
）の基準高さのピンである。

カムピン８５．８５はＯｎから９１１４ｍ間の調節のた
めに任意の高さに調節させられるカムピンであり、ピン
８６，８６は９１１４ｍを越える部分の調節に用いられ
るピンである。

なおこの実施例では固定ピン２本と調節用のカムピン４
本を用いているがこれ等のピンの数は目的とする精度等
ｌこより任意に変えることができるものである。

前記ホトセンサ組立６のホトトランジスタの出力は計器
室９に導びかれサーボ増幅器１５、モニタ増幅器１６に
供給される（第２図参照）。

ホトセンサの組立６のホトトランジスタ６１の出力はセ
クタ４１との関係で変化する。

第１０図Ｂに示されているようにセクタにより殆んどさ
えぎられていないときは第１１図Ｂの示すよう（こ高い
レベルの出力カ得られ、第１０図ＤＩこ示されているよ
うにセクタにより殆んどさえぎられているときは第１１
図りの示すように低いレベルの出力が得られる。

第１０図Ｃ（こ示すよう（こＬＢＤ６３の光束の２分の
１が遮断されたときのホトトランジスタ６１の出力は前
記高いレベルと低いレベルの出力の２分の１．のレベル
となる。

本発明に係るサーボシステムはこの状態を保つように制
卸を行なう。

すなわちサーボ増幅器１５は第１０図Ｃの状態が成立す
るよう（こサーボモータ１０を駆動し軸１２１を回転さ
せる。

サーボモータ１０の回転は差動歯車を含む歯車群１１ｃ
こより表示方向と機械的なフィードバック方向に分けら
れる。

機械的なフィードバックは歯車列１２を介して前記支持
体、駆動軸１２１（こ伝達される。

なおこの歯車列の一部にはエンコーダ１３が結合されて
おり軸１２１の回転量に対応する出力が検出され、エン
コーダ増幅器１４を介して出力される。

通常の高度計は、離着陸しようとする飛行場の気圧を設
定し、飛行場の高さを零として表示するための装置が設
けられている。

第２図（こおいて、２５は計器室９の前面（こ設けられ
ている気圧セット用のノブである。

このノブにより入力された気圧伝達歯車組立２４を介し
て気圧表示のためのカウンタ２３（こ伝えられ、セット
された気圧が表示される。

一方伝達歯車組立２４から差動歯車組立１１ｒこ伝達さ
れ、前記サーボモータの出力伝達歯車列１７（こ伝達さ
れる。

この歯車列により高度表示用のドラムカウンタ２１が１
駆動され、また前記歯車列に結合させられている高度表
示用のカウンタが出力される。

これらの表示は前述したよう（こ飛行場の気圧を考慮し
た表示となる。

また前記歯車列１７１こはポテンシオメータ１８が結合
させられており、前記表示（こ対応した電気信号が出力
される。

この信号は自動操縦装置（こ供給され、自動操縦装置は
すで（こ設定されている高度とこの撹実の高度（こ関す
る電気信号を比較して設定高度（こなるように自動操縦
する。

なお自動操縦装置を持たない航空機に塔載する高度計の
場合は、ポテンシオメータ１８を省略することができる
。

前述したよう（こホトセンサの出力はモニタ増幅器１６
にも接続されており、モニタ増幅器はホトセンサの出力
から追跡不能であるという情報、第１１図１こおいて高
レベルまたは低レベルの出力を得た場合（こ、トルカ１
９を作動させて、前記カウンタ２１の表面を警告フラグ
２０でおおい、正常な表示が行なわれていないことを示
す。

次に主として第１図および第９図を参照して特性の補正
ｌこついて説明する。

理解を容易（こするため（こ、第１図のＣに示す特性を
有するサーボ式高度計の特性を補正する場合を例として
説明する。

第１図から明らかなようにＣ（こ示す特性は０〜３０に
フィートの間では真の高度より負の表示が行なわれ、３
０にフィートを越えると正の表示が行なわれる。

そのためＯフィートと３０にフィートでは何等の補正を
要しないので、この高さくこ対応するセンサ６のＬＥＤ
６３とホトトランジスタの光軸は、セクタ４１の面と直
角になるように、カムピン８３．８４の高さを決定して
おく。

第９図Ａがこの状態に対応している。

３０にフィートを越える部分では、正の表示が行なわれ
ているということは、この間は気圧の変化に対して９倉
の坤びが過剰であることである。

したがって、これを補正するのには、セクタ４１の回転
位置よりは少なめの表示をすれば良いこと（こなる。

このため３０にフィート以上に対応するカムピン８６，
８６を８４より高くする。

その結果、第９図Ｂ（こ示すようにホトセンサ６は傾む
けられる。

この状態はホトトランジスタ６１ｒこ光束が基準量より
多く入ることになる。

したがってサーボモータ１０はこの値を基準量（こひき
もどす方向（こ回転する。

第９図においてはホトセンサ６は左側に移動してシステ
ムは平衡する。

これは前記セクタの示す角度より少ない角度に対応する
表示が得られることを意味する。

次にＯ〜３０にフィートの場合は各カムピン８５．８５
を前記固定カムピン８３，８４よりも低くする。

その結果ホトセンサ６は第９図Ｂの傾きとは逆の方向に
傾き、セクタ４１ｒこより、ホトセンサ６１に入る光束
が減少させられることになる。

そのため、サーボモータ１０はホトセンサ６を右方向ｌ
こ移動してシステムを平衡させる。

これはセクタ４１の指示よりは大きい指示をすることを
意味する。

各カムピンはそれぞれの領域で指示誤差が零となるよう
に調節される。

このようにして調節した結果を第１図ｄに示す。

すべての高度において誤差は許容値（こ対して充分小さ
な誤差（６０フイ一ト以内）（こなっている。

以上詳しく説明したよう（こ本発明によれば９倉を用い
た計器の指示誤差を殆んど零に近づけることができる。

空倉は個々の特性に共通性があるが相互ｌこ特性がばら
ついている。

そのため各装置ごと（こ特性を調節すれば、９會身体の
特性を厳しく追求しなくても短時間に精度の高い装置を
作ることができる。

以上詳しく説明した実施例につき本発明の範囲内で種々
の変形を施すことができる。

例えば、前記カム組立をプラスチックモールドで一体成
形したカム（第８図参照）にすることも可能である。

本発明はこれ等の変形例を含めて特許請求の範囲記載の
すべてに及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高度計の特性と、本発明による高度計の
実施例装置の特性を比較して示したグラフである。 第２図は本発明（こよる計器の実施例装置である高度計
の全体の構成を示す略図である。 第３図は前記高度計の圧力室内の構成を展開的（こ示し
た斜視図である。 第４図はカム組立と支持体組立の関係を示す断面図であ
る。 第５図Ａはカム組立の背面図である。 第５図Ｂはカム組立の平面図である。 第６図はカム組立、支持体組立を示す平面図である。 第１図はカム組立、支持体組立、セクタの関連を示す平
面図である。 第８図カム組立の変形例を示す斜視図である。 第９図Ａ、Ｂはホトセンサが調節される状態を示す略図
である。 第１０図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄはホトセンサとセクタの関係す
る説明するための略図である。 第１１図はホトセンサの出力を説明するための略図であ
る。 １・・・・・・圧力室、ＩＯＬ １０２，１０３，１０
４：圧力室内のスタンド、２・・・・・・宇金組立、１
０５：壁、３・・・・・・ロッキングレバー、４・・・
・・・ロッキング軸組立、４０：ロッキング軸、４１：
セクタ、４２゜４３：ウェイト、４４：歯車、４３：補
助腕、４６：ヘアースプリング、５・・・・・・加速度
補償組立、５０：軸、５１：歯車、５２：ウェイト、５
３：ヘアスプリング、６・・・・・・ホトセンサ組立、
６１゜６２：ホトトランジスタ、６３，６４：ＬＥＤ。 Ｔ・・・・・・・支持体組立、１１：ローラ腕、７２
、７３ ：円板、７４：切溝、７５：固定用スリーブ、
７６：ローラ、８・・・・・・カム組立、８１：基板、
８２：台、８３．８４，８５，８６：カムピン、９・・
・・・・計器室、１０・・・・・・モータ、１１・・・
・・・差動歯車、１２・・・・・・伝達歯車列、１２１
：支持体駆動軸、１２２：０リング、１３・・・・・・
エンコーダ、１４・・・・・・エンコーダ増幅器、１７
・・・・・・伝達歯車列、１８・・・・・・ポテンシオ
メータ、１９・・・・・・トルカ、２０・・・・・・警
告フラグ、２１・・・・・・ドラムカウンタ、２２・・
・・・・指針、２３・・・・・・気圧カウンタ、２４・
・・・・・伝達歯車組立、２５・・・・・・気圧セット
ノブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １−以上の宇金と、前記宇金の変位量（こ対応して回転
   させられるセクタと、前記セクタとの相対角度位置を検
   出するホトセンサと、前記センサを支持して回動する支
   持体と、前記支持体（こ対する前記センサの位置を支持
   体の位置ｌこ対応して調節する前記宇金の特性補正用の
   カム組立と、前記支持体を駆動するモータと、前記モー
   タの回転位置角度（こ関する情報を含み電気信号を発生
   する電気信号発生手段と、前記ホトセンサ出力を増幅し
   、前記モータを前記ホトセンサの出力が一定（こなるよ
   うに駆動する増幅器とを含み前記電気信号発生手段から
   前記宇金の特性の補正がされた電気信号を得る誤差補正
   機構を有するサーボ式空會計器。 ２ 前記支持体は前記ホトセンサの光軸を傾斜可能に支
   持し、前記カム組立（こより傾斜させられること（こよ
   り前記調節量を可変にした第１項記載の誤差補正機構を
   有するサーボ式空含計器。 ３ 前記支持体のホトセンサ支持部は弾性板であって前
   記弾性板が前記カム組立ｌこより変形させられることに
   より前記センサの光軸を傾斜可能に支持する第１項記載
   の誤差補正機構を有するサーボ式空含計器。 ４ 前記カム組立のカムは円弧状の表面カムであって、
   支持体の回転軸の方向の高さが調節量に対応する高さと
   なっている第１項記載の誤差補正機構を有するサーボ式
   空含計器。 ５ 前記カム組立のカムは円弧状に多数個のねじ孔が設
   けられた基板と、前記各ねじ孔にそれぞれ結合された多
   数個のねじよりなり、特記ねじの頭の高さをそれぞれ調
   節することによりカム面を形成した前記第１項記載の誤
   差補正機構を有するサーボ式空倉計器。 ６ 前記カム組立のカムは円孔状の表面カムであって、
   カム曲面は予じめ予想される調整量Ｅこ従って成形加工
   されている第４項記載の誤差補正機構を有するサーボ式
   空含計器。 １ 前記モータの回転位置角度ｌこ関する情報は高度ｌ
   こ関する情報である第１項記載の誤差補正機構を有する
   サーボ式空含計器。 ８ 前記サーボ式空會計器は自動操縦装置を有する航空
   機に塔載され前記高度に関する情報は自動操縦装置の制
   御信号として接続される第１項記載の誤差補正機構を有
   するサーボ式空含計器。 ９ 前記センサは前記セクタにより光路が妨げられるよ
   うに設けられたホトカプラである前記第１項記載の誤差
   補正機構を有するサーボ式空倉計器。 １〇−以上の宇金と、前記空愈の変位置に対応して回転
   されるセレクタと、前記セレクタとの相対角度位置を検
   出するホトセンサと、前記センサを支持して回動する支
   持体と、前記支持体に対する前記センサの位置を支持体
   の位置（こ対応して調節する前記空愈の特性補正用のカ
   ム組立と、前記支持体と駆動するモータと、前記ホトセ
   ンサ出力を増幅し、前記モータを前記ホトセンサの出力
   が一定になるように駆動する増幅器と、前記モータの回
   転位置角度を示す表示手段と、前記表示手段（こより前
   記宇金の特性の補正がされた表示を得る誤差補正機構を
   有するサーボ式空倉計器。 １１ 前記表示手段は前記モータにより駆流されるドラ
   ムカウンタである第１０項記載の誤差補正機構を有する
   サーボ式宇金計器。