JPS61120914A - 線加速度補償方法およびこれに基づく角速度検出装置 - 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〕 本発明は航空機の航法装置に係り、特に線加速度の影響
を除去する方法及びこの方法に基づく角速度検出装置に
関する。 〔従来技術及び問題点〕 米国特許第４．１９７，７３７号（１９８０年４月１５
日付、特許権者は本願出願人）は、磁場、電場、気流、
線加速度、角加速度その他のパラメータの検出装置に関
するものである。この検出装置は、特に航空機用に開発
されたものであり、その要点は独立した多数の検出装置
が共通軸上に回転自在に装着され、この検出装置の出力
する１対の検出信号が電圧の形で変換器に入力されるこ
とにある。上記各独立の検出装置は、検出信号を電圧の
形で交互に出力し、その信号の瞬間最大振幅が上記検出
装置を取り付けた航空機の物理的特性、例えば回転軸線
に直角な面内のベクトルにほぼ対応するように取り付け
られる。従って上記物理的特性は上記検出＠胃でほぼ完
全に測定することができる。 上記軸に直角な軸線を中心とする角速度は、上記軸から
半径方向に延びかつ上記軸に直角な軸線に対して撓む１
対のビ１ゾ結晶によって検出される。上記従来の検出装
置では、線加速度を受けると角速度検出装置に好ましく
ない影響が表われることが伴った。この好ましくない影
響を受けることなく検出装置の出力信号をとり出すため
には、多数のスリップリングと分離された増幅器とを用
いて、１３号処理装置に送る信号をミキシングする必要
がある。更に、２相のピックアップアレーを用いて線加
速度を適当に検出することが必要になる。従って、線加
速度を検出装置全体のレベルで補償づ゛る必要があるが
、そのために装置が高価になり、信頼性上の問題も生ず
る。 〔発明の目的〕 本発明は上記補償を、上記のように検出＠置しベルでは
なく、検出装置の検出器レベルの装置で行ない得る角速
度検出方法及びその装置を提供することを目的とする。

【発明の１３Ｉ要】 上記目的は、ピエゾ型回転子を双極子型とし、回転軸線
を中心として高速回転させることにより達成される。上
記回転軸線に直角な任意の軸線を中心とする回転角速度
に対応する動的出力を生じ、この動的出力によって入力
角速度に比例する電気信号を発生させる。線用速度が上
記張出型回転子に加わると、この回転子の出力が好まし
からざる程度にひずむので、この歪を補償するために、
本発明は、補償用ピエゾ装置を加え、この補償装置を上
記ピエゾ効果を利用する角速度検出装置に機械的及び電
気的に接続する。この補償装置の検出軸線はピエゾ効果
を利用する角速度検出装置に対する線用速度の影響を完
全に打消すように配設される。この補償装置の出力信号
は、上記角速度検出器の出力信号と同一スケール、同一
位相であり、この角速度検出器の出力信号と重ねられて
線用速度による好ましくない影響を打ち消す。 〔実施例〕゛ 以下に本発明の実施例を図によって説明する。 第１図に、従来の角速度検出用ブロー、プを示す。 このプローブは本願出願人が上記米国特許で開示したも
のである。この第１図において、２Ｉ！のピエゾ結晶部
材（歪検出用結晶装置）１６は軸１１の両側に、この軸
１１の軸線に直角な軸線に対して撓み得るように取り付
けられる。必要に応じ、慣性部材例えば環状部材１７を
上記ピエゾ結晶部材の半径方向外端部に設けることもで
きる。この構造体は角速度検出プローブを構成し、この
プローブは弾力的に支持された高速回転型本体部のジャ
イロ作用を利用するものである。上記２箇の撓み得るピ
エゾ結晶部材は共通モードをなくし、慣性を平衡させる
ために双極子を形成するように配設される。上記部材の
角度モーメントは、軸１１の回転軸線に直角な角速度に
よって生ずる。正弦波であり、その周波数は上記軸の回
転速度と無関係である。 第１図のレートジャイロは第２Ａ図乃至第２Ｄ図に矢印
で示すように反時４回りに回転する。上記軸は連続的に
回転する。第３Ａ図乃至第３Ｄ図に、上記装置の側面図
を、第２Ａ図乃至第２Ｄ図に対応させて示す。この図示
により明らかなように、軸１１の軸線は角度アルファ（
α）だけ傾斜する。軸１１と、上記ピエゾ結晶部材１６
が取り付けられて上記軸に配設されるハブ１８とは、共
に変形せずにほぼ瞬間的に位置を変え得るように適当に
装着される。しかしながら、上記ピエゾ結晶部材の半径
方向外側の端部は、軸１１が傾斜してもジャイロ効果に
よって、しばらくの開姿勢が変らない。これは、もちろ
ん、慣性部材が上記ピエゾ結晶部材の半径方向外側の端
部にある場合に特に顕著である。上記ジャイロ効果によ
り、上記ピエゾ結晶部材は、第３Ａ図乃至第３Ｄ図に示
すように、機械的な軸線を中心として撓むので、第４図
に示すような出力電圧を発生する。従って、上記ピエゾ
結晶部材が回転軸線に対して直角方向に角度αだけ撓ん
だ時に、上記出力信号の電圧の合成値が瞬間的に最大に
なる。上記ピエゾ結晶部材は、出力の極性が異なるから
接続が逆であり、合成された出力は第５図に示すように
なる。 第１図乃至第５図に示ずように、上記ピエゾ結晶部材は
、慣性部材の有無にかかわらず、ジャイロ部材として使
用され、このピエゾ結晶部材の応力は入力角速度に比例
する。このピエゾ結晶部材の出力の振幅は入力角速度に
比例し、この出力の位相は上記回転軸の角速度の、この
回転軸の軸線に直角な方向に対する傾斜角変に支配され
る。換言すれば、回転軸１１がＸＹ平面内の軸線を中心
として傾斜すれば、レートジャイロ、すなわち、第１図
の角速度検出器の出力は、上記ＸＹ平面内の軸線を中心
とする回転速度に比例し、その出力電圧の位相は上記Ｘ
Ｙ平面内の回転軸線の方向に支配される。上記回転軸１
１が２軸方向にも延びることは言うまでもない。 第６図に、本発明に基づき、線用速度の影響を補償する
装置を有する上記改良苛角速度検出装置を示す。 基本型の角速度検出装置は、その全体が符号２０で表わ
され、その基本構造は第１図、第２Ａ図乃至第２Ｄ図、
及び第３Ａ図乃至第３Ｄ図を用いて説明した角速度検出
装置と同様である。この検出装置の中央のハブ２２に、
中央回転軸線と同軸に孔２４が設けられる。２箇の撓み
得るピエゾ装置２６．２８はハブ２２から半径方向外側
に延び、すでに説明した従来の可撓性ピエゾ結晶部材１
６と同様に作用する。上記ピエゾ装置２６はピエゾ部１
１３０．３２よりなり、上記ピエゾ装置２８は結晶素子
３４．３６よりなる。矢印で示すように、上記ピエゾ装
置２６．２８は回転軸線２５を含む平面上で撓む。本発
明に基づく改良、すなわち線部速度補償装置３８は、こ
の補償装置３８の可撓性ピエゾ装置に電気的に接続され
た角速度検出装置２０の出力に対する線加速度の好まし
くない影響を減少させるものであり、次のように作用す
る。 、Ｆ記補償装置３８は中央ブロック４０を含み、このブ
ロック４０は適当な材料、例えば、セラミック材料で作
られ、孔４２を有し、この孔４２は回転軸線２５と同軸
である。撓み得るピエゾ装置４４は結晶素子４６．４８
を有し、回転軸線２５に対して直角な方向に延びる。矢
印で示すように、上記補償装置３８の可撓性ピエゾ装置
４４は回転軸線２５に直角な面に対して撓む。軸５２は
、角速度検出装置２０及び補償装置３８の孔２４゜４２
にそれぞれ適当に挿入され、この軸５２に、上記角速度
検出装置及び補償装置が共通軸線と同軸になるように取
り付けられる。 上記補償装置の可撓性ピエゾ装置４４は上記方向に配設
されることにより、角速度に対する応答性は鈍いが、線
加速度に対しては完全に応答する。 この補償装置３８を軸５２に適当に位置決めすることに
より、線加速度に対応し、かつ角速度検出装置ｉ！１２
０の角加速度信号と同位相の信号を出力するように、オ
フセット角度を設定することができる。上記ピエゾ装置
４４のピエゾ装置！２６．２８に対する角度は、実際に
は、試行Ｎ誤を行なって決める。それは、実際の結晶素
子がｌ！想的な結晶構造でない場合に、その影響を最小
にするためである。慣性調整部材５０は、上記ピエゾ装
置４４の外端部に、振幅が線加速度の振幅を相殺するよ
うに取り付けられる。この慣性調整部材５０は半田で作
られ、上記補償袋！１３８の振幅を精密にゼロにするよ
うに足したり削ったりする。 補償装置３８に補償作用をさせるためには、この補償装
置３８を角速度検出装置２０の結晶に電気的に接続しな
ければならない。従って、導線５４を用いて角速度検出
装置２０の結晶素子３４を補償装置３４の結晶素子４６
に接続する。これと同様に、Ｑ線５６で角速度検出装置
２０の結晶素子３２を補償装置３８の結晶素子４６に接
続する。導線５８は角速度検出装置２０の結晶素子３６
．３６を接続し、この接続には余裕をもたせる。 第６図の補償装置を組み立てる時には、補償装置３８を
軸５２で振幅が全くゼロになるまで回転さける。その後
に、中央ブロック４０を角速度検出装置２０のハブ２２
に、適当なエポキシ系接着剤で取り付ける。このように
する代りに、軸５２にねじ部がある場合には、補償装置
３８を回転軸線に対して自由に回転できるようにし、固
定具を螺合させてしっかり固定した後に角速度検出装置
を固定しても良い。 〔効　果〕 以上のように本発明は、線加速度の影響を受けない角速
度検出′ＪＡ置を提供する。上記補償装置３８は角速度
検出装置２０の信号と同一スケール、同一位相、かつこ
の信号に重ね得る信号を出力し、この出力信号によって
線加速度の好ましからざる影響を除くことができる。従
って、本発明により、補償用の外部信号処理装置を用い
ることなく検出器レベルで補償を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の角速度検出装置の略図、第２Ａ図乃至第
２Ｄ図は第１図の検出装置の検出ローターの回転を９０
″′毎に示す略図、第３Ａ図乃至第３Ｄ図は第２Ａ図乃
至第２Ｄ図に対応する検出装置の側面図、第４図は第２
Ａ図乃至第２Ｄ図及び第３Ａ図乃至第３Ｄ図に示す検出
装置の２箇の結晶の出力の説明図、第５図は第４図の出
力信号の電圧の合成曲線を示す説明図、第６図は本発明
に基づいて補償作用を行なうよに改良された角速度検出
装置の分解斜視図である。 １１．５２・・・軸、１６・・・従来のピエゾ結晶部材
、１８．２２・・・ハブ、２０・・・角速度検出装置、
２４゜４２・・・孔、２６．２８．４４・・・ピエゾ装
置、３０゜３２．３４，３６，４６．４８・・・結晶素
子、３８・・・線用速度補償装置、４０・・・中央ブロ
ック、５０・・・慣性調整部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１部分と第２部分とからなり、上記第１部分は回
   転軸線に同軸なハブと、このハブから半径方向外側に延
   び、複合信号を出力し、この複合信号が上記回転軸線を
   中心とする角速度に対応する所要の成分と、線加速度よ
   り生ずる好ましくない成分とを含む少なくとも１対の可
   撓性ピエゾ装置とを含み、上記第２部分は上記回転軸線
   に同軸な中央部本体と、この中央部本体から外側に延び
   て線加速度に対応する信号を発生する第３の可撓性ピエ
   ゾ装置と、線加速度の影響を打消すために上記３箇の可
   撓性ピエゾ装置を接続する導線と、上記第１及び第２ピ
   エゾ装置を同一軸線上に離間して組み合わせ、上記第２
   ピエゾ装置の出力信号の位相を自由に調節できるように
   、上記第３のピエゾ装置を上記対をなすピエゾ装置に対
   する角度を自由に変え得るように取り付ける取付装置と
   を含むことを特徴とする線加速度補償型角速度検出装置
   。 ２、上記撓み得る第３のピエゾ装置の外側端部に重量調
   節部材を有し、この重量調節部材は上記撓み得る第３の
   ピエゾ装置の出力信号の振幅を支配することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の角速度検出装置。 ３、上記取付装置はねじ部を備えた固定部材を有し、こ
   の固定部材は上記ハブの中央部の孔に挿入され、上記取
   付装置は中央部本体を有し、この本体は上記第１部分及
   び第２部分の組立て時及びこの組立後上記第１部分及び
   第２部分の間に固定保持された時に上記第１部分及び第
   ２部分の角度を調節できる構造であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の角速度検出装置。 ４、上記取付装置はねじ部を備えて上記ハブ中央部の孔
   に挿入される固定部材と、上記中央部本体とを有し、組
   立時及び組立後に上記固定部材と中央部本体との間で上
   記第１部材及び第２部材の角度を調節できることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の角速度検出装置。 ５、回転軸線を中心として回転するハブと、このハブか
   ら半径方向に延びて撓み得る第１ピエゾ装置及び第２ピ
   エゾ装置とを有する角速度検出装置の出力信号の線加速
   度成分を補償する方法において、上記補償方法は、上記
   第３ピエゾ装置を上記ハブに、同一軸線上に離間して組
   み合わせ、線加速度の影響を受ける信号を出力する段階
   と、上記第１ピエゾ装置乃至第３ピエゾ装置を接続し、
   上記第１ピエゾ装置及び第２ピエゾ装置の出力信号によ
   り前記線加速度成分を打ち消す段階とを含むことを特徴
   とする線加速度補償方法。 ６、上記撓み得る第３ピエゾ装置に完成調節部材を加え
   、この完成属節部材の調節により、上記第３ピエゾ装置
   の出力信号の振幅を、上記第１ピエゾ装置及び第２ピエ
   ゾ装置が出力する好ましいからざる線加速度信号を十分
   打ち消す大きさにする段階を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第５項に記載の線加速度補償方法。 ７、上記撓み得る第３ピエゾ装置が上記撓み得る第１及
   び第２ピエゾ装置に対してなす角度を、上記第３ピエゾ
   装置の出力信号の位相が上記第１及び第２ピエゾ装置の
   出力信号の位相に合うように、調節できる段階を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の線加速
   度補償方法。 ８、上記第３ピエゾ装置が上記第１及び第２ピエゾ装置
   に対してなす角度を、上記第３ピエゾ装置の出力信号の
   位相が上記第１及び第２ピエゾ装置の出力する線加速度
   信号の位相に一致するまで、調節する段階を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の線加速度補
   償方法。