JPS62163915A - マルチセンサ - Google Patents

マルチセンサ

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Publication number
JPS62163915A
JPS62163915A JP61005083A JP508386A JPS62163915A JP S62163915 A JPS62163915 A JP S62163915A JP 61005083 A JP61005083 A JP 61005083A JP 508386 A JP508386 A JP 508386A JP S62163915 A JPS62163915 A JP S62163915A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angular velocity
acceleration
sensor
piezoelectric element
linear acceleration
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
Application number
JP61005083A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiaki Hayakawa
義彰 早川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Precision Co Ltd filed Critical Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority to JP61005083A priority Critical patent/JPS62163915A/ja
Publication of JPS62163915A publication Critical patent/JPS62163915A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、航行体の線型加速度及び角速度の両者を検出
、測定するためのマルチセンサに関するもので、特に一
つのユニットに組込み形成されたマルチセンサに関する
〔従来技術〕
航行体の角速度あるいは線型加速度に就いては、従来、
夫々独立したデバイスで検出、測定しており、例えば3
軸の角速度、加速度を測定するためには6つのデバイス
が必要であり、これらを個々に航行体に組込むようにし
ていた。角速度検出の原理は、回転物体によって経験さ
れる歳差運動によるプリセツショントルクを用い、これ
は、以下の式によって表現される。
ToA=HXωI^ ・・・・・・・ (1)ここで、
TOAはプリセツショントルク、Hは回転物体の角運動
量、 (1)IAは入力角速度を夫々示す。
上記の(1)式は、全てのスビニングホイールジァイロ
の基礎的原理を述べている。
次に線型加速度の検出は、 F=m・α ・・・・・・・・・ (2)ここで、下は
力、mは質量、盲は入力加速度である。
上記(2)式の原理に基づいた角速度検出用のジアイロ
としては、プリセツショントルクを1−一ションスプリ
ングで受けるスプリング拘束型のシー1−ジアイロが挙
げられる(例えば、商品名MGR−8レートジアイロ、
三菱プレシジョン(株)社製、または商品名J G −
5レートジアイロ、日本航空電子(株)社製)。
また、2軸検出が可能なジアイロとしては、チュードド
ライジアイロが挙げられる(例えば、商品名J D G
 −3Wジアイロ、三菱プレシジョン/NへSDA開発
、ジアイロフレノクス、米国シンガー社盟、5DG−5
ジアイロ、米国テレダイン社等)。
更に、加速度計は、上述した17T y、Hmに入力加
速度αが印加されると、その値に比例した力が発生ずる
原理を基に振子型加速度計はこの力をトーションスプリ
ングで受け、さらにこの変位を電気信号に変換するビッ
クオフ等を具備することで構成されている。また、トー
ションスプリングの代わりに電気的なりバランスエレク
トロニクスヲ備えた力平衡型加速度計を既に提供され、
例えば、日本航空電子社製のJA−5、米国サンドスト
ランド社製のθFLEX等がある。
〔解決すべき問題点〕
以上に説明するように、従来は、角速度検出デバイスと
、加速度検出用のデバイスは、各々独立したものであっ
て、フライトコントロール或いは航法に必要な情報を得
るためには最大6つのデバイスを用いるのが普通である
然るに、今日の小型、軽量を要件とした飛翔体に搭載す
る角速度、加速度センサとしてはこのような多数、個別
のセンサは機能的にも取付構造面からも不都合である。
依って、本発明は、かかる不都合を解消すべく、小型、
軽量の飛翔体にも搭載可能なように構成され、航行体の
角速度、加速度のdl定、検知を一つのユニットで遂行
し得るマルチセンサを提供せんとするものである。
〔解決手段と作用〕
上述の発明目的に鑑みて、本発明は、予め規定された第
1の軸に沿う線型加速度に応答する圧電素子で形成され
た第1の加速度検知用センサと、予め規定された第2の
軸に沿う線型加速度に応答する圧電素子で形成された第
2の加速度検知用センサと、予め規定された第3の軸ま
わりの入力角速度に応答できるよう支持される圧電素子
で形成された角速度検知用センサと、前記第3の角速度
検知用センサの感度軸に一致して配置されたフレクチャ
ヒンジと、前記加速度検知用センサを前記第1の軸が前
記第2の軸に対し垂直になるように配置し、更に前記第
3の予め選定した角速度検知用の感度軸を適宜に配置す
るための手段と、前記諸センサ全体を回転させるための
回転手段と、回転数を信号送出する送出手段と、前記セ
ンサ上に加えられた入力角速度に応答した歳差運動によ
る1−ルクに感応する手段及び線型加速度に感応する手
段とを具備したことを特徴とする回転角速度及び線型加
速度に応答するマルチセンサが提供され、これが、一つ
のユニットとして航行体ないし飛翔体上に搭載され、角
加速度と加速度とを一体的に検知測定し、出力として送
出するのである。又、本発明は、航行体の角速度及び線
型加速度を感知する装置において、線型加速度に応答す
る第1及び第2の圧電素子で形成された加速度検知セン
サと、入力角速度に応答する第3の圧電素子とフレクチ
ャヒンジで形成された角速度検知センサとを設け、該第
1、第2、第3の各センサを予め選択した周波数で回転
させ、該第1、第2、第3の各センサに加えられた線型
加速度による力及び歳差運動によるトルクを測定し、回
転座標系で得られる線型加速度による力及び歳差運動に
よるトルクを固定座標系に変換するための手段と、圧電
素子よりの出力をスリップリングを通し、更にバッファ
アンプを通して固定ターミナルに送る手段とを具備して
成ることを特徴とする単一ユニットの装置を提供するも
のである。以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。
〔実施例〕
なお、添付図面に示す実施例において、同一番号は、同
一要素を示しているものである。
第1図は本発明に係るマルチセンサの断面図であり、ま
た、第2図は同マルチセンサにおいて、一つの主要部を
形成する加速度検出用検知装置の分解斜視図である。
先ず、第2図を参照すると、この検知装置は、予め選択
された互いに直交した2軸に沿う加速度を検出する圧電
素子l、2を具備している。これらの索子1.2は作用
する加速度に応答する振子型の力検出機構を有したもの
で、ベース3にカンテイレバ一式に、つまり、振子型配
置で保持されている。これらの加速度検出用素子l、2
は、その質量によって感知された力(加速度)に比例し
た電気信号を生成して送出する。上記ベース3は後述す
るモータシャフトに接続されて回転作用を受けるため、
上記電気信号による出力は加速度の大きさに振幅が比例
する正弦波形状の信号として出力される。基本的には圧
電素子が一つだけあれば加速度検出の機能を発揮し得る
こととなるが、出力信号処理過程でS/N比を向上させ
るため、2つの素子1.2を直交した2軸に沿って配置
した構成としてものである。
第3図は、第2図と同様に第1図に示したマルチセンサ
の別の要部を構成する角速度検知用の検知装置の一部破
断した斜視図である。また、第4図は、同検知装置の断
面図である。
これら両図に示された検知装置は、予め選択された軸に
沿う角速度を検出する圧電素子4と、フレクチャヒンジ
5とを具備している。圧電素子4は曲げに対する各部名
力が一定となるように配慮した逆三角形の形を有せしめ
ることが好ましく、一方はフライホイール6に取りつけ
られ、また他の一方はベース3に取り付けられた温度補
償機構7を介して取り付けられている。更に、圧電素子
4の撓み軸に一致するようにフレクチャヒンジ5が配置
され、その一方がベース3に、もう一方がフライホイー
ル6に接続した構造となっている。
上記温度補償機構7の機能は圧電素子4及びフレクチャ
ヒンジ5の夫々の膨張係数が異なるため、その違いによ
って温度環境下における圧電素子4に加わる歪みを除去
することをにあり、例えばダイヤフラムのような弾性素
子またはハネ素子から成っているものである。第4図に
おいては圧電素子4と温度補償機構7との構造上におけ
る相関関係を示している。なお、第3.4図において、
ねじ8.9が設けられているが、ねじ8はフライホイー
ル6のマスアンバランスを調整するために設けられ、ま
た、ねじ9は圧電素子4の曲げ点とフレクチャヒンジ5
の曲げ点が一つの軸(第4図のX軸)で一致するよう調
整するために設けられている。
上述した第3図、第4図の構造を有した検知装置は、適
当な周波数で回転する。そき結果、フライホイール6は
角運動量(トI)を持ち、入力角速度(ωIN)が印加
された場合、式(2)に基づくプリセツショントルクを
発生する。発生したトルクは圧電素子4及びフレクチャ
ヒンジ5で受承され、圧電素子4よりそのトルクの大き
さに比例、つまり入力角速度に比例した電気信号が送出
される。第5図は、前述した加速度検出用検知装置(第
2図)と角速度検出用検知装置(第3、第4図)とを統
合させた状態を示した斜視図である。
このように、統合された検知装置全体が適当な周波数で
回転され、このことにより、加速度に応答した出力信号
並びに角速度入力の大きさに比例した出力信号が送出さ
れる。この場合にその出力は本装着に入力された加速度
及び角速度の統合出力であり、選択された回転数で周期
的に変動する正弦波出力となる。
さて、第1図には上述した検知装置を一体的に組込んで
完全形成された本発明に係るマルチセンサの断面図で、
ケース10の内部に検知装置類を収納した一つのユニッ
トであることを示している。
本第1図において、マルチセンサの心臓部に当たる検知
装置11は軸受16で支持されるシャフト12に取りつ
付けられている。該シャフト12には、モータロータ1
4が取り付けられ、これに適正な空隙を介してモータス
テータ13が対応する。
本モータは周知のシンクロナスヒステリシス型モータで
あり、規定された周波数に同期して回転する。ステータ
サポート15は、ステータ13を支持し、この結果、シ
ャフト12が選択された回転数で回転する。また、検知
装置11が取り付けられているシャフト12の反対側に
は1/2が不透明、1/2が透過性のあるディスク18
が取り付けられており、フォトダイオード17とフォト
トランジスタ19の間をこのディスク18が回転すると
デユーティ−50%の矩形波リファレンス信号を送出す
る。このリファレンス信号はフォトダイオード17とフ
ォトトランジスタ■9が2組直交して取り付けられてお
り、0°、90°の固定座標系を構成する信号となる。
更に、シャツ1−12は内部が貫通しており、検知装置
11よりの加速度信号並びに角速度信号を送れる機構と
なっており、更にこのシャフト12の先端にはスリップ
リング装置20が装着されている。これら加速度信号並
びに角速度信号は夫々バッファアンプ21.22を通し
てケース10に固着装備されているターミナルヘッダ2
3よす外部へ出力される構造となっている。
〔発明の効果〕
前述のように、マルチセンサからの各信号は本マルチセ
ンサへの入力に対する総合出力であり、この出力は、リ
ファレンス信号0°、90’に依って分解され、加速度
2軸、角速度2軸に対応する信号が送出される。すなわ
ち、この分解は、位相弁別回路の基準信号として0°、
90°を夫々の基準とすることでなされる。この結果、
本マルチセンサは、1個のデバイスで角速度2軸、加速
度2軸を総合的に検出できる機能を有するのである。ま
た、航行体への搭載が簡便になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るマルチセンサの全体構成を示した
縦断面図、第2図は同マルチセンサに具備される加速度
検知用の圧電素子の相対的配置を示した分解斜視図、第
3図は同じ(角速度検知用の圧電素子の機構を示した分
解斜視図、第4図は第3図の断面図、第5図は加速度検
知用圧電素子と角速度検知用圧電素子とを一体化した検
知装置の構成を示した分解斜視図。 1.2・・・加速度検知用圧電素子、3・・・ベース、
4・・・角速度検知用圧電素子、5・・・フレクチャヒ
ンジ、6・・・フライホイール、7・・・温度補償機構
、8.9・・・ねじ、10・・・ケース、11・・・検
知装置、I2・・・シャフト。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、予め規定された第1の軸に沿う線型加速度に応答す
    る圧電素子で形成された第1の加速度検知用センサと、
    予め規定された第2の軸に沿う線型加速度に応答する圧
    電素子で形成された第2の加速度検知用センサと、予め
    規定された第3の軸まわりの入力角速度に応答できるよ
    う支持される圧電素子で形成された角速度検知用センサ
    と、前記第3の角速度検知用センサの感度軸に一致して
    配置されたフレクチャヒンジと、該加速度検知用センサ
    を前記第1の軸が前記第2の軸に対し垂直になるように
    配置し、更に前記第3の角速度検知用の感度軸を適宜に
    配置するための手段と、前記諸センサ全体を回転させる
    ための回転手段と、回転数を信号送出する送出手段と、
    該センサ上に加えられた入力角速度に応答した歳差運動
    によるトルクに感応する手段及び線型加速度に応答する
    手段とを具備したことを特徴とする回転角速度及び線型
    加速度を検知するマルチセンサ。 2、角速度検知用センサを含むフライホイールを有し、
    加速度感度を最小にできるようマスアンバランス調整が
    容易にできる機構を含み、更に入力角速度に対する角速
    度出力の直線性を維持できるよう角速度検知用ビームの
    各部の歪み応力が均一になる三角形型のセンサ形状を有
    し、温度による膨張、収縮に対応できるよう温度補償可
    能な素子上に固定される前記角速度用センサを含むこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のマルチセン
    サ。 3、前記センサの回転数を光学的方法により送出し、更
    にこの光学センサを2個90°離れて配置し、0°、9
    0°のリファレンス信号を送出する、すなわちこのリフ
    ァレンス信号を用いることで回転座標系の出力を固定座
    標系に変換し、その結果、2軸の加速度及び2軸の角速
    度を検出できる特許請求の範囲第1項に記載のマルチセ
    ンサ。 4、航行体の角速度及び線型加速度を感知する装置にお
    いて、線型加速度に応答する第1、第2の圧電素子で形
    成された加速度検知センサと、入力角速度に応答する第
    3の圧電素子とフレクチャヒンジで形成された角速度検
    知センサとを設け、該第1、第2、第3の各センサを予
    め選択された周波数で回転させ、該第1、第2、第3の
    各センサに加えられた線型加速度による力及び歳差運動
    によるトルクを測定し、回転座標系で得られる線型加速
    度による力及び歳差運動によるトルクを固定座標系に変
    換するための手段と、圧電素子よりの出力をスリップリ
    ングを通し、さらにバツファアンプを通して固定ターミ
    ナルに送る手段とを具備して成ることを特徴とする加速
    度、角速度一体検知装置。 5、前記装置は一つのケース内に一体収納されて成る特
    許請求の範囲第4項に記載の加速度、角速度一体検知装
    置。
JP61005083A 1986-01-16 1986-01-16 マルチセンサ Pending JPS62163915A (ja)

Priority Applications (1)

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JP61005083A JPS62163915A (ja) 1986-01-16 1986-01-16 マルチセンサ

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JP61005083A JPS62163915A (ja) 1986-01-16 1986-01-16 マルチセンサ

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JPS62163915A true JPS62163915A (ja) 1987-07-20

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JP (1) JPS62163915A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156056A (en) * 1991-06-24 1992-10-20 Condor Pacific Industries, Inc. Gyroscope having a specifically restrained piezoelectric crystal

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61292515A (ja) * 1985-06-17 1986-12-23 ザ シンガ− カンパニ↓− 航行センサ

Patent Citations (1)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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