JPS6073363A - 平行四辺形の連結体に固着された２個の振動加速度計を用いてなる角速度センサ装置 - Google Patents

平行四辺形の連結体に固着された２個の振動加速度計を用いてなる角速度センサ装置

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JPS6073363A
JPS6073363A JP59179475A JP17947584A JPS6073363A JP S6073363 A JPS6073363 A JP S6073363A JP 59179475 A JP59179475 A JP 59179475A JP 17947584 A JP17947584 A JP 17947584A JP S6073363 A JPS6073363 A JP S6073363A
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JP
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accelerometer
support member
accelerometers
frequency
pivotally connected
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JP59179475A
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レツクス・ビー・ピータース
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Sundstrand Data Control Inc
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Sundstrand Data Control Inc
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Publication date
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
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    • G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719

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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
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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】 技術分野 この発明は、撮動する加速度計を用いて、構造体の角度
的な回転および変位の動きの速さを規定する装置に関す
るものであり、特に、実質的に直線方向に振動するコ個
の加速度計を用いる装置に関するものである。
発明の背景 米国特許願第３５７，７／’Ｉ号には、Ｓｈｍｕｅｌ　
Ｊ。
Ｍｅｒｈａｖ　による”　Ａ　Ｎｏｎｇｙｒｏｓｃｏｐ
ｉｃ工ｎｅｒｔｉａ１Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉ
ｔ”なる標題の、７９ｇ／年Ｓ月にＴｅｃｈｎｉｏｎ工
５ｒａｅ１工ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙによって刊行された論文と同様に、複数個の循環
的に駆動される加速度計によって、移動物体の特定な力
のベクトルおよび角速度ベクトルを計測するための方法
および装置が開示されている。別異の米国特許願第３！
；７：７／！ｒ号には、一定の周波数で振動する７個の
または／対の加速度計を用いて、移動物体の特定な力の
ベクトルおよび角速度ベクトルを計測するための技術が
開示されている。
また、Ｍｅｒｈａｖ　の更に別異の米国特許願第号に示
されているものは、２個の振 動する加速度計を用いた速度センサの実施例であり、こ
＼に１、該加速度計は背中合せにされておリ、即ちそれ
らの力の感知軸が互いに逆方向になるようにされており
、該加速度計はカの感知軸に直角な、実質的に直線方向
で振動するようにされでいる。このような速度センサの
適用としては、航空機の慣性航法装置において用いられ
るような慣性基準装置がある。このような適用において
は、加速度計を振動させる機構をできるだけ簡素化させ
ると共に、その装置の寸法価格を低減させることが重要
である。また、このような装置において装備さるれ部品
数をできるだけ減少させることも望ましいことである。
発明の概要 したがって、この発明の目的は、平行四辺形に構成され
た連結部を用いて、−個の加速度計を実質的に直線方向
に振動させるための機構を提供することにある。
この発明の別異の目的は、以下のような装置を提供する
ことにある。各々に力の感知軸ヲ有する第１および第一
の加速度計を含んでいる構成の、角速度の動きを表わす
信号を発生させるための装置であって、平行四辺形機構
には、該第１の加速度計を保持する第１の加速度計支持
部材、該第一の加速度計を保持する第一の加速度計支持
部材、および、該加速度計支持部材に装着され、該構造
体に固着されている連結機構が含まれ、力の感知軸が平
行に配列されているもの。仁の装置には、また、該加速
度計支持部、材を、周波数ωで、該加速度計の力の感知
軸に対して実質的に直角な方向に振動させるための駆動
機構、および、該構造体の角速度の動きを表わす速度信
号を発生させるための信号処理回路も含まれている。
この発明の更に別異の目的は、角速度を感知する加速度
計構造体を提供することにある。この構造体に金談れて
いるものは、中心支持部材；該中心支持部材の一端に枢
支的に接続されている第１の連結部材；該中心支持部材
の他端に枢支的に接続されている第一の連結部材；該連
結部材の各々の一端に枢支的に接続されている第１の加
速度計支持部材；および、該連結部材の他端に枢支的に
接続されている１ｇ２の加速度計支持部材である。また
、仁の構造体には、該第１の加速度計支持部材に固着さ
れ、そのカの感知軸が該第１のカＵ速枇計支持部材に対
して直角にされている第１の加速度計、窓よび、該Ｎ２
の加速度計支持部材に固着され、そのカの感知軸が該第
一の加速度計支持部材に対して直角にされ、また、該第
１の加速度計の刀の感知軸に対して平行にされている第
一の加速度計も含まれている。この構造体には、更に、
該中心支持部材に接続されでいる駆動手段、および、角
度θにわたって、周波数ωで加速度計を振動させるため
の７個の連結部材が含まれている。
第１図には、Ｙ軸で指示されている方向で２個の加速度
計１０および／、２を振動させるための平行四辺形配列
が、概略図として例示されでいる。加速度計／θおよび
／２は、加速度計支持部材／４’およびｌ乙に対して、
夫々に固定されている。そして、これらの加速度計支持
部材／Ｆおよび１６は、ピボットまたはベアリング手段
２２−２１によって、を対の連結部材／１および一〇に
結合されている。連結部材ｉｔおよびコＯが夫々にピボ
ツｌ−，？θおよび３コの周囲で角度αだけ回転された
とき、加速度計１０およびｌコは、それらのガ感知軸Ａ
−およびＡｚに垂直なＹ軸に沿って振動する。第１図の
概略図においては、角度Ｖは、角度θでの振動が生起す
る初期オフセットを表わしでいる。
加速度計の力感知軸Ａｔ、およびＡ％に沿って、および
それと垂直に、Ｙ方向で計測された加速度計支持部材／
Ｕぢよび１６の動き力）ら結果的にえられる加速度は、
その一方は下記（１）式で、他方は下記（２）式で夫々
に与えられる。
Ｍ＝＝＝ω′ＲＣ！ｏｓＦθＳｏ　ｏ　ｓ　２ωｔ　４
−　ω２Ｒθ。Ｂｉｎ＠８１ｎωｔ　（１）■−ω”Ｒ
ＯＯＥＩＦθ。ｓｉｎωｔ　（２）こ＼に、ωは、角度
θでの角回転周波数を表わし、また、Ｒは、中心ピボッ
ト３０またはＪ２の一方から加速度計支持ピボット２．
２−ＪＬの一方への連結アーム／ＩまたはコＯの長さを
表わしている。（７１式および（，２１、式から認めら
れるように、第１図において例示されている機構の動き
による加速度肝７０および１２の２軸に沿った加速度は
、θの値が小さいときには比較的小さいものであり、こ
れは第ｅ図に示されている信号プロセッサにおいて実質
的に相殺される。したがって、加速度１Ｎｔｌｏおよび
１２の１次的動きは、角度θおよびＶが小さいときには
、Ｙ軸に沿って実質的に線形であることは、第１図から
明らかなことである。この発明の好適実施例においては
、θ０は０．θ／−０，／ラジアンであり、また、Ｆは
ｏ、ｏｉミラジアン下である。また、この発明の好適実
施例においては、周波数ωは、２（１）θ−弘ＯＯラジ
アン／秒である。更に、（１）式で記述されている入力
軸の動きの意味については、第Ｓ図の駆動信号発生器に
関連して検討される。
第２図および第３図には、第１図の平行四辺形構造を実
現するための機構の好適例が示されている。第３図の側
面図から認められるように、加速度計／θおよび１２は
、加速度計フランジ部材３弘および３６によって、加速
度計支持部材／Ｇ’およびｌ乙に対して固着されている
。その構造を簡単にし、損耗を最少にするために、準漣
′度計支持部材／Ｕおよび１６を連結部材７Ｉｔおよび
２０に結合させるピボット！Ｊ−２ｆｆは、この発明の
好適実施例においては、薄い金属の湾曲部によって実現
される。同様にして、連結部材／ｇおよびコＯを中心支
持部材に結合させるピボット３０および３２は、薄い金
属の湾曲部によって実現される。中心支持部材３ざは、
角度的な回転および変位の動きを指示する信号を与える
第２図および第３図の装置のための構造体（図示されな
い）に結合されている。
Ｄ’Ａｒ５ｏｎｖａｌタイプの駆動機構には、連結部側
コθに装着された永久磁石ｔＩｏ、および、中心支持部
材３ｇに固着されたコイルグコが含まれており、加速度
計ｌＯおよびｌコを、第１図に例示されているＹ軸に沿
って、並行ではあるが反対方向に駆動されるようにされ
る。振動の太いさθは、第３図に示されているように、
を対の容量性のピック・オフ要素リグおよびグ６を使用
しで、サーボ・フィードバック・ループによって制御さ
れる。
第２図および第３図に示されている装置によれは、／対
の加速度計１０および７．２の振動のための可動部分を
最小にし、これらの加速度計の力感知軸ＡＩ！およびＡ
％に垂直なＹ軸に沿って実質的に線形の動きをする特別
に簡単な機構が提供される。
加速度計１０および／２の角速度信号ΩＸおよび出力信
号から力信号ＦＺを分離するための信号プロセッサは、
第ｖ図に示されている。制御パルス発生器５θは周波数
ωの関数としての信号をライン５．２上に発生させて、
前述されたように、駆動信号発生器５ダにより加速度計
７０および１２を周波数ωで振動させるようにする。加
速度計１０および１２の出力信号ａ４およびａ％は、ラ
インｓ６および５ｇを通して予備分離プロセッサ６０に
伝送される。第す図に示されている予備分離プロセッサ
６ｏは、力感知軸Ａ’および４が反対方向に配列されて
いる、第１図に示された形式の対にされている加速度計
機構のために適当なものである。ラインｓ６および５ｇ
における加速度計の出力信号は、加算点６２において差
がとられ、談た、加算点６グにおいて和がとられる。／
対のスヶイリング増幅器６６および６Ｉｒは、夫々に、
加算点６グおよび６２からのオロ信号および差信号をラ
イン７０および７コを通して受入れる。
原理的な力の分離は、先に引用されたＭｅｒｈａｖの特
許出願第３５２７１５号および／９！：／年Ｓ月にＴｅ
ｃｈｎｉｏｎ　工５ｒａｅｌ工ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって刊行されたＳｈｍｕ、
ｅ’ｌＬ　、Ｔ０Ｍｅｒ１１ａｖ著ノ゛。
Ａ　Ｎｏｎｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　
ＭｅＩＩｌ、ｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｌｎｉｔ″なる論文
に開示されでいるものと同様のものであって、増幅器６
６からの組合イっされた信号はライン７ｔＩ、ｉ通して
フォース・チャネル７６に供給される。フォース・チャ
ネル７６には積分回路およびサンプル・ホールド回路が
含まれており、制ｉ１叩パルス発生器ｊθからの信号は
ライン７１ｔｊｔ３よび１０を通してこの積分回路およ
びサンプル・ホールド回路に印加されるものである。ラ
イン７４（上の組合わされた加速度信号は周波数ωにつ
いて期間Ｔにわたって積分され、中心支持部材が装着さ
れている構造体の２軸に沿っての速度変化を、ライン９
２上の力の信号Ｆｚ　として供給される。
同様にして、角速度チャネル・プロセッサｔｑは、ライ
ンｇ６を通して差の信号を受入れ、それらを零平均周期
関数（ｚｅｒｏ　ｍｅａｎ　ｐｅｒｉｏｄｉｃｆｕｎｃ
ｔｉｏｎ　）θｇｎｏ　（＋）　ｔによって乗算する。
フォース慟チャネルに関するように、結果としての信号
は期間Ｔにわたって積分され、サンプル・ホールド回路
を通して出カラインｔｇ上に出力される。角速度情報を
表わす信号Ω１は、ロウ・バス・フィルタ？Ｏｆ通して
伝送されて、ライン９２上に出力される。
上述の態様で、第１−．７図で例示されている加速度針
装置からの信号は処理されて、力の信号および角速度信
号を生成させる。
駆動信号発生器ｓｑの好適例についての更に詳細な事項
は、第Ｓ図に示されている。制御パルス発生器ＳＯから
のパルスはライン５コに沿って正弦波発生器１０θに伝
送され、この正弦波発生器１００は実質的な正弦波電圧
をライン１０１１上に生成させる。加算点／（７６の出
力は、高利得増幅器１０ｇを駆動する。増幅器ｔｏｇの
出力は電流であって、これは駆動コイルグ２に印加され
る。駆動コイル−Ｉ１２のトルク出力は、ボックス／１
０で表わされている第１−３図の機構の動力と相互作用
されて、加速度計の駆動された動きを生成させる。この
駆動された動きでピック・オフ・コイルｔＩｐおよびぐ
６が付勢され、ライン９２上にフィードバック電圧が生
成される。当業者には良く知られているサーボ理論によ
れば、増幅器１０１の利得は極めて高くされて、ライン
／θり上の駆動電圧がライン９２上のフィードバック電
圧と実質的に等しくなるようにされ、また１機構の動き
が実質的にライン１ＩＩＩ上の駆動電圧にしたがうよう
にされる。第１−３図の角速度感知装置の調整の間に使
用される付加的な制御部は、ｌ／グおよび／／１におい
て示されている。位相制御回路／／４ｔは、ライン９２
上に調整電圧を生成させる回路であって、ライン９２上
の制御パルスに関係する正弦波発生器ｉｏｏの出力１０
’の位相を制御するものである。オフセット制御回路／
Ｉｇは、ライン１２θ上に調整電圧を発生させる回路で
あって、第１図に例示されている機構の平均角度Ｆ　ｉ
−制御するためのものである。
調整部／／’ｌおよび７１１ｇを回路に含ませる理由は
、（１）式で示される加速度に関するプロセッサの態様
を訓べることによって理解される。
（／１式の第１項は、純粋に変位だけの機構では存在し
ない、狭い範囲のコ倍周波数の加速度を表わすものであ
り、したかって、簡単な機構を達成するために受入れら
れる設計上の妥協を表イつすものである。安定した状態
の駆動の動きりためにプロセッサ内での正確な相殺をし
、丈だ、駆動ジッタが存在していても実質的に相殺をす
ることが示されること力）ら、これは極めて小さな妥協
である。その第一項は、角度Ｗによるコ個の加速度計の
共通モードの不整合に起因するものに等しい信号を表わ
している。
第Ｖ図のプロセッサは、駆動信号φにおける位相シフト
、および、第１図で示されるような、夫々に２軸α１お
よびα、に関する加速度計１０３５よび１２の力感知軸
線およびＡ−の不整合の双方に従ったとき、下記のよう
にみかけの速度バイアスかえられる。
Ωｂ−一（α、＋α、　）　ｓｉｎφ　（３）例えは、
ω＝、１００ラジアン／秒、α１＝偽−０，００／ラジ
アン、φ＝０．００／ラジアンであるときには、（３）
式により、みかけの速度バイアスは１０”９９７２７秒
または２０．６°／時間の結果かえられる。ｆの電気的
な虐整によって、α１　ｆ６よびα、の比較的大きい値
の調整が、機械的な調整なしに許容されて、Ωｂを観測
すること１こより、φは極めで小さい値にセットできる
ようにされる。欠いで、ライン７ｇおよびｔｏ上のタイ
ミング信号の接続を一時的に変更することにより、φは
正確に９００だけオフセットされて、不整合角度α、お
よびα２の和は、再びΩｂを観測する間に、グを調整す
ることによって零に調整される。φが再び零に戻り、全
ての制御部が所定位置に固定されたときには、該装置は
、Ωｂの最小値のために調整されているばかりではな（
、α１．α！の場合にΩｂの最小のドリフトのためにも
調整されることとなり、さもなければ、φは調整にした
がう経時ドリフトを示すことになる。Ｖを電気的に調整
することができることから、この全体的な処理は、臨界
的な機械的調整をする必要なしに、迅速、正確に達成さ
れつるものである。
【図面の簡単な説明】
ｍ１図は、−個の加速度計を実質的に直線方向で振動さ
せるための平行四辺形連結の概念的な例示図、 第２図および第３図は、それぞれに、第を図における加
速度計の動作を例示するための機構の頂面図および側面
図、 第Ｖ図は、加速度計の信号を角速度および力の信号に変
換するためのプロセッサ回路のブロック図、 第５図は、第Ｖ図のプロセッサ回路と共に使用するため
の駆動信号発生器のブロック図である。 １０、／２・・加速度計；　ｔ４ｔ、　ｔ６・・加速度
針支持部材；　ｔｇ、ｔｏ　−一連結部材；ＩＩｏ、ａ
２・・永久磁石およびコイル（駆動手段）；Ｊｇ・・中
心支持部材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ／　構造体の角速度の動きを表わす信号を発生させるた
    めの装置であって： 第１の力の感知軸を有する第１の加速度言１；第コの力
    の感知軸を有する第１の加速度削；平行四辺形機構であ
    って、前記第１の加速度計に固着されている第１の加速
    度計支持部材、前記第一の加速度計に固着されている第
    ２の加速度計支持部材、および、前記第１８よび第一の
    加速度計支持部材に装置され、該斗１り遺体に固着され
    て前記第７および第一の力の感知軸が平行に配列される
    ようにした連結機構を含んでいる平行四辺形機構； 前記平行四辺形機構に対して動作的に結合され、前記第
    １′！６よび第２の加速度計支持部材を、前記第１およ
    び第一の力の感知軸に対して実質的に直角な方向に、周
    波ωで振動させるための駆動手段；および 前記第１および第２の加速度計に対して動作的に結合さ
    れ、該構造体の角速度の動きを表わす速度信号を発生さ
    せるための信号処理手段； が含まれている信号発生装置。 ユ　前記連結機構には、前記第１および第２の加速度計
    支持部材に対して枢支的に接続されている第１の連結部
    材、前記第１および第２の加速度計支持部材に対して枢
    支的に接続されている第一の連結部材、および、該構造
    体に固着され、前記第１および第２の連結部材に対して
    枢支的に接続されている中心支持部材が含まれている特
    許請求の範囲第１項記載の装置。 Ｊ　前記駆動手段Ｉこは、前記中心支持部材に固着され
    ている第１の電磁駆動部材、および、前記第１の連結部
    材に固着されている第一の電磁駆動部材、が含まれてい
    る特許請求の範門弟λ項記載の装置。 弱　前記第１および第一の連結部材は、湾曲部によって
    前記第１および第一の電磁支持部材に対して枢支的に接
    続されている特許請求の範囲第一項記載の装置。 ５　前記中心支持部材は、湾曲部によって前記第１およ
    び第２の連結部材に対して枢支的に接続されている特許
    請求の範囲第す項記載の装置。 乙　前記駆動手段は、０．０／−０，７ラジアンの角度
    θを通して前記第１および第一の加速度計を振動させる
    ようｌこした特許請求の範囲第１項記載の装置。 ク　前記周波数ωは、２００−１Ｉ００ラジアン、７秒
    の一定周波数である特許請求の範囲第１項記載の装置。 と　前記第１および第２の加速度計は、公称位置から角
    度Ｖだけオフセットされて、角度θを通して振動してお
    り、また、前記駆動手段にはオフセット角Ｖを所望の値
    に調整するための調整手段が含まれている特許請求の範
    囲第１項記載の装置。 デ　前記駆動手段には、前記第１および第一の加速度計
    の振動の位相を調整するための位相制御手段が含まれて
    いる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ／θ　前記駆動手段には： 周波数ωの出力信号を発生させるための周期信号発生回
    路； 前記周期信号発生回路に対して動作的に接続され、前記
    周期信号発生回路の出力を増幅するための増幅回路； 前記平行四辺形機構に対して動作的に接続され、前記増
    幅された周期信号に応じて、前記第１および第一の加速
    度肝を前記周波数ωで振動させるための駆動要素；およ
    び 前記第１および第２の加速度計の振動の大きさθを制御
    するために、前記増幅回路に対してフィードバック信号
    を加えるように、前記平行四辺形機構の位置に応答する
    フィードバンク手段； が含まれている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ｌ／　振動θの公称位置からのずれを表わすオフセット
    角Ｆ；４−所望の値に調整するための調整手段が更に金
    談れている特許請求の範囲第１θ項記載の装置。 ｌコ　前記調整手段には、前記増幅回路に対して調整電
    圧を加える電圧供給回路が含まれている特許請求の範囲
    第１１項記載の装置。 １３　前記周期信号発生回路に対して動作的に接続され
    、前記第１および第一の加速度計が振動される周波数ω
    の位相を変動させる位相制御回路が更に含まれている特
    許請求の範囲第１Ｏ項記載の装置。
JP59179475A 1983-09-02 1984-08-30 平行四辺形の連結体に固着された２個の振動加速度計を用いてなる角速度センサ装置 Pending JPS6073363A (ja)

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US06/528,774 US4510802A (en) 1983-09-02 1983-09-02 Angular rate sensor utilizing two vibrating accelerometers secured to a parallelogram linkage

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DE (1) DE3431621C2 (ja)
FR (1) FR2551552B1 (ja)
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NL (1) NL8402551A (ja)
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