(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジが広く高周波数応答を有する、加速度を測定する方法を提供する。【解決手段】本発明の方法は、磁性流体（２０４）を用いて慣性体（２０２）を浮遊させること、磁性流体内において磁場を生成すること、磁場の変調によって、加速が原因の磁場発生源に対する慣性体の位置の変化を相殺すること、この変調に基づいて加速度を算出することを含む。算出工程では、変調に必要とされる駆動コイル（３０２）を介した電流の量に基づいて加速度を導き出す。加速度には、線加速度および／または角加速度が含まれる。駆動コイルは、永久磁石、電磁石、または永久磁石と電磁石との組み合わせを含む。センシングコイル（３０４、３０６）によって、慣性体の変位が検出され得る。各センシングコイルは実質的に、対応する駆動コイルの内側に配置され得る。慣性体の磁性はないか、弱くあり得、または、慣性体は強磁性体コーティングを有し得る。【選択図】  図６
2006091019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度を測定する方法であって、
磁性流体を用いて慣性体を浮遊させることと、
該磁性流体内に磁場を生成することと、
該磁場を変調することによって、加速が原因の該慣性体の変位を相殺することと、
該変調に基づいて該加速度を算出することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記算出ステップが、電磁石を用いて前記変調するために必要とされる電流の量に基づいて、前記加速度を導き出す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加速度が線加速度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加速度が角加速度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記角加速度が角加速度の３つの成分を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記磁場を生成する複数の磁石を介する電流を駆動することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記慣性体の前記変位を検出するセンシングコイルを用いることをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
加速度を測定する方法であって、
磁性流体中に慣性体を浮遊させることと、
加速に応答した該慣性体の動作を測定することと、
該慣性体に力を加えることによって該加速を相殺することと、
該加えた力の関数として該加速度を算出することと
を包含する、方法。
【請求項９】
慣性体と、
該慣性体を浮遊させる複数の磁性流体のドロップと、
該ドロップの該慣性体への接触を保つ複数の磁極と、
該磁極によって生成された磁場を変調することによって、加速が原因の該慣性体の変位を相殺する制御器と
を備える、加速度計。
【請求項１０】
前記制御器が、前記磁極が前記磁場を変調するために必要とされる電流の関数として、前記加速度を導き出す、請求項９に記載の加速度計。
【請求項１１】
慣性体と、
概ね該慣性体の周囲に配置された複数の磁石と、
該磁石と該慣性体との間の磁性流体と、
該磁石によって生成された磁場を変調することによって、加速が原因の該慣性体の変位を相殺する回路と
を備える、センサ。
【請求項１２】
前記変位を相殺するために必要とされる前記磁石を介する電流の量に基づいて、前記加速度を導き出す第２の回路をさらに備える、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記磁石が永久磁石をさらに備える、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記慣性体の前記変位を検出するセンシングコイルをさらに備える、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１５】
各センシングコイルが、実質的に、対応する磁石の内側に配置されている、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記磁石が、実質的に、前記慣性体の内部に配置されている、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記磁石が、部分的に前記慣性体の内部に配置されている、請求項１１に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性流体加速度センサに関し、より詳しくは、広い周波数応答を有し、ダイナミックレンジの広い加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性流体加速度計は、例えば、米国特許出願第１０／８３６，６２４号（２００４年５月３日出願）、同第１０／８３６，１８６号（２００４年５月３日出願）、同第１０／４２２，１７０号（２００３年５月２１日出願）、同第１０／２０９，１９７号（２００２年８月１日出願、現在は、米国特許第６，７３１，２６８号）、米国特許出願第０９／５１１／８３１号（２０００年２月２４日出願、現在は、米国特許第６，４６６，２００号）、および、ロシア特許番号第９９１２２８３８号（１９９９年１１月３日出願）に記載されている。これらの加速度計では、磁性流体の法則と、磁性流体内に浮遊された（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）慣性体とを用いることによって、加速度を測定する。そのような加速度計には、センサケーシング（センサハウジングまたは「ベッセル」）を含むものが多く、それには磁性流体が満たされている。慣性体（「慣性物体」）は、磁性流体内に浮遊されている。加速度計は通常、磁性流体内に磁場を発生する複数の駆動コイル（パワーコイル）と、慣性体の相対運動のために磁場に生じる変化を検出する複数のセンシングコイルとを含む。
【０００３】
パワーコイルに電圧を加え、磁場が発生すると、磁性流体は、可能な限りパワーコイルに近づこうと試みる。これにより、実際は、ハウジングのほぼ幾何中心に慣性体が浮遊されることになる。角加速度または線加速度（ｌｉｎｅａｒ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）を生じさせるために加速度計（または、加速度計が取り付けられている任意の装置）に力を加えると、慣性体は所定の場所に留まろうと試みる。従って、慣性体は磁性流体を「押し」、磁性流体を分散させ、磁性流体内の磁場の分布を変化させる。センシングコイルによって、この磁場分布の変化を検出し、線加速度および角加速度の値にその変化を電子的に変換する。線加速度および角加速度が分かると、簡単な数学の演算を介して、線速度（ｌｉｎｅａｒ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）と角速度とを、必要な場合には、線位置（ｌｉｎｅａｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）および角位置（ａｎｇｕｌａｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）とを算出することができる。換言すると、加速度計によって、６つの自由度（３つの線形自由度（ｘ、ｙ、ｚ）と、３つの角（または回転）自由度（αｘ、αｙ、αｚ））についての情報が提供される。
【０００４】
加速度計の周波数応答とダイナミックレンジが重要な用途は多くある。ダイナミックレンジとは、加速度計が測定し得る最小加速度と最大加速度（角加速度および／または線加速度）とを指す。周波数応答とは、加速度計が測定し得る最高入力振動周波数のことを指す。これに関連して、線形振動の方が通常回転振動よりも高周波数を有するために、通常、線加速度に対する周波数応答の方が角加速度に対する周波数応答よりも重要である。
【０００５】
従って、技術的に、ダイナミックレンジの広く高周波数応答を有する加速度計が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、関連技術の１つ以上の欠点を実質的に取り除くアクティブサスペンションを有する磁性流体加速度計に関する。
【０００７】
より詳しくは、本発明に例示的な実施形態では、加速度を測定する方法は、磁性流体を用いて慣性体を浮遊させることと、磁性流体内において磁場を生成することと、磁場を変調することによって、加速が原因の磁場発生源（例えば、駆動コイル）に対する慣性体の位置の変化を相殺することと、この変調に基づいて加速度を算出することとを含む。その算出ステップでは、変調に必要とされる駆動コイルを介した電流の量に基づいて加速度を導き出す。加速度には、線加速度および／または角加速度が含まれる。駆動コイルは、永久磁石、または電磁石、またはその２つの組み合わせを含む。センシングコイルを用いることによって、慣性体の変位が検出され得る。各センシングコイルは実質的に、対応する駆動コイルの内側に配置され得る。慣性体の磁性は、あるか、またはないか、または弱い（換言すると、磁性流体よりも実質的に弱い磁気を帯びている）。
【０００８】
別の局面では、加速度を測定する方法は、磁性流体中に慣性体を浮遊させることと、慣性体に加えた力に応答して慣性体の位置を測定することと、釣合せ力を慣性体に加えることによって、その加えた力を相殺することと、その釣合せ力に基づいて加速度を算出することとを含む。
【０００９】
別の局面では、加速度を測定する方法は、流体を用いて物体を浮遊させることと、流体内に磁場を生成することと、加速が原因の物体の位置の変化を検出することと、磁場を制御することによって、その変化を相殺することと、その磁場の制御の関数として加速度を算出することとを含む。
【００１０】
別の局面では、加速度計センサは、慣性体と、慣性体を浮遊させる複数の磁性流体のドロップ（ｄｒｏｐ）と、磁性流体の慣性体への接触を保つ複数の磁極とを含む。慣性体の変位を測定する。回路は、磁極によって生成された磁場を変調することによって、加速が原因の変位を相殺し、それから加速度の値を導き出す。
【００１１】
別の局面では、センサは、慣性体と、概ね慣性体の周囲に配置された複数の磁石と、ソースと慣性体との間の磁性流体と、磁石によって生成された磁場を変調することによって加速が原因の慣性体の変位を相殺する回路とを含む。その位置の変化を相殺するに必要な磁石を介する電流の量に基づいて、加速度を導き出し得る。磁石は実質的に、慣性体の内部に、または部分的に慣性体の内部に配置され得る。強磁性コーティングは、慣性体の複数の部分に配置され得る。ハウジングは、慣性体と磁性流体とを囲み得る。複数のケーシングは、それに取り付けられた対応する磁石を有し得、そのケーシングは、ハウジングに結合されており、ハウジングへと張り出している。センシングコイル（または別の位置センサ）は、ケーシング内に取り付けられ得る。
【００１２】
別の局面では、センサは、慣性体と、慣性体に作用する斥力を生成する複数の磁石と、磁石によって生成された磁場を変調することによって、加速が原因の慣性体の変位を相殺する回路とを含む。
【００１３】
別の局面では、センサは、慣性体と、慣性体に力を及ぼす磁性流体と、磁性流体内に磁場を生成する複数の磁石であって、磁石に対する慣性体の位置は磁場の変調によって維持される、磁石と、その変調に基づいて加速度を導き出す回路とを含む。
【００１４】
別の局面では、センサは、慣性体と、慣性体に力を及ぼす流体と、流体内に磁場を生成する複数の磁石と、加速が原因の慣性体の位置の変化を検出する位置センサと、その変化に応答して磁石を駆動する制御器とを含み、加速度は磁石に必要とされる電流から導き出される。
【００１５】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
【００１６】
（項目１）
加速度を測定する方法であって、
磁性流体を用いて慣性体を浮遊させることと、
該磁性流体内に磁場を生成することと、
該磁場を変調することによって、加速が原因の該慣性体の変位を相殺することと、
該変調に基づいて該加速度を算出することと
を包含する、方法。
【００１７】
（項目２）
上記算出ステップが、電磁石を用いて上記変調するために必要とされる電流の量に基づいて、上記加速度を導き出す、項目１に記載の方法。
【００１８】
（項目３）
上記加速度が線加速度を含む、項目１に記載の方法。
【００１９】
（項目４）
上記加速度が角加速度を含む、項目１に記載の方法。
【００２０】
（項目５）
上記角加速度が角加速度の３つの成分を含む、項目４に記載の方法。
【００２１】
（項目６）
上記磁場を生成する複数の磁石を介する電流を駆動することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
【００２２】
（項目７）
上記慣性体の上記変位を検出するセンシングコイルを用いることをさらに包含する、項目６に記載の方法。
【００２３】
（項目８）
加速度を測定する方法であって、
磁性流体中に慣性体を浮遊させることと、
加速に応答した該慣性体の動作を測定することと、
該慣性体に力を加えることによって該加速を相殺することと、
該加えた力の関数として該加速度を算出することと
を包含する、方法。
【００２４】
（項目９）
慣性体と、
該慣性体を浮遊させる複数の磁性流体のドロップと、
該ドロップの該慣性体への接触を保つ複数の磁極と、
該磁極によって生成された磁場を変調することによって、加速が原因の該慣性体の変位を相殺する制御器と
を備える、加速度計。
【００２５】
（項目１０）
上記制御器が、上記磁極が上記磁場を変調するために必要とされる電流の関数として、上記加速度を導き出す、項目９に記載の加速度計。
【００２６】
（項目１１）
慣性体と、
概ね該慣性体の周囲に配置された複数の磁石と、
該磁石と該慣性体との間の磁性流体と、
該磁石によって生成された磁場を変調することによって、加速が原因の該慣性体の変位を相殺する回路と
を備える、センサ。
【００２７】
（項目１２）
上記変位を相殺するために必要とされる上記磁石を介する電流の量に基づいて、上記加速度を導き出す第２の回路をさらに備える、項目１１に記載のセンサ。
【００２８】
（項目１３）
上記磁石が永久磁石をさらに備える、項目１１に記載のセンサ。
【００２９】
（項目１４）
上記慣性体の上記変位を検出するセンシングコイルをさらに備える、項目１１に記載のセンサ。
【００３０】
（項目１５）
各センシングコイルが、実質的に、対応する磁石の内側に配置されている、項目１４に記載のセンサ。
【００３１】
（項目１６）
上記磁石が、実質的に、上記慣性体の内部に配置されている、項目１１に記載のセンサ。
【００３２】
（項目１７）
上記磁石が、部分的に上記慣性体の内部に配置されている、項目１１に記載のセンサ。
【００３３】
（摘要）
加速度を測定する方法は、磁性流体を用いて慣性体を浮遊させることと、磁性流体内において磁場を生成することと、磁場を変調することによって、加速が原因の磁場発生源に対する慣性体の位置の変化を相殺することと、この変調に基づいて加速度を算出することとを含む。その算出工程では、変調に必要とされる駆動コイルを介した電流の量に基づいて加速度を導き出す。加速度には、線加速度および／または角加速度が含まれる。駆動コイルは、永久磁石、または電磁石、または永久磁石と電磁石との組み合わせを含む。センシングコイルを用いることによって、慣性体の変位が検出され得る。各センシングコイルは実質的に、対応する駆動コイルの内側に配置され得る。慣性体の磁性はないか、もしくは弱くあり得、または、慣性体は強磁性体コーティングを有し得る。
【００３４】
本発明のさらなる特徴および有利な点は、下記の説明に記載されるか、または本明細書からある程度明らかであるか、または本発明を実践することによって分かり得るであろう。本発明の有利な点は、本明細書と、特許請求の範囲と、添付の図面とにおいて詳細に示された構造によって理解され、得られうるであろう。
【００３５】
上記の概要と下記の詳細な説明とは、例示であり、説明のためのものであり、また、権利を主張する本発明のさらなる理解を提供することを意図するということは、理解されるであろう。
【００３６】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、組み込まれ、本明細書の一部を構成するものである。添付の図面は、本発明の実施形態を説明し、本明細書と併せて本発明の原理の説明に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施形態について詳しく言及し、その例は添付の図面に示されている。
【００３８】
図１は、本発明の磁性流体加速度センサの例示的な実施形態を示す。磁性流体センサの動作の一般原理は、米国特許第６，４６６，２００号に記載されており、それは本明細書に援用される。センサの動作は概ね、非線形の偏微分方程式のセットによって記述され、例えば、本出願が優先権を主張している、出願人ＲＯＭＡＮＯＶらによるタイトルが「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＮＧ  ＬＩＮＥＡＲ  ＡＮＤ  ＡＮＧＵＬＡＲ  ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＭＡＧＮＥＴＯＦＬＵＩＤＩＣ  ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴＥＲ  ＷＩＴＨ  ＡＮ  ＩＮＥＲＴＩＡＬ  ＢＯＤＹ」である米国仮特許出願第６０／６１４，４１５号（２００４年９月３０日出願）を参照のこと。
【００３９】
さらに図１を参照すると、組立後の形式において図１に示された加速度計１０２は、ハウジング１０４と、複数の駆動磁石アッセンブリ１０６Ａ〜１０６Ｅを含み、そのアッセンブリの各々は、対応するワイヤ１１０Ａ〜１１０Ｅを用いて電源に接続されている。この図では５つの駆動磁石アッセンブリ１０６のみが示されているということに気付くが、図３を参照のこと。図３では、１０６Ｆと指定されている６番目の駆動磁石アッセンブリも示されている。
【００４０】
図２は、図１から駆動磁石アッセンブリの１つを取り除いたセンサ１０２を示す。駆動磁石アッセンブリ１０６Ｃを取り除くと、慣性体２０２は、ハウジング１０４のほぼ幾何中心に見える。磁性流体２０４は、ハウジング内の利用可能なボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）の残部を充填する。大抵の磁性流体の色は黒であり、「オイリーな（ｏｉｌｙ）」感じを与えてしまうため、明確にするために、実際には、図中には磁性流体を示していない。
【００４１】
図３は、駆動磁石コイルとセンシングコイルとの配置を示す部分断面図を示す。図３では、明確にするために一部の要素のみにラベルを付してある。図３に示されている４つの駆動コイル（または駆動磁石）３０２Ａと、３０２Ｂと、３０２Ｅと、３０２Ｄとをまとめて駆動磁石３０２と言及する（残りの２つの駆動磁石は、この図には示されていない）。駆動磁石３０２は、サスペンション磁石、またはパワー磁石、またはサスペンションコイル（電磁石を用いる場合）と言及される場合もある。
【００４２】
一実施形態において、上記駆動磁石アッセンブリ１０６の各々は、２つのセンシングコイルを有し、それらは、３０６および３０４により示される（図３では、３０６Ａ、３０４Ａ、３０６Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｄ、３０４Ｄ、３０６Ｅ、３０４Ｅ）。センシングコイル３０６および３０４は、「検出磁石」または「測定コイル」と言及される場合もある。コイル（換言すると、誘導型センサ）に加えて、ホールセンサ、レーザーまたはＬＥＤセンサ、静電型センサ、音響センサ、光学センサ、コンデンサ型センサなどを用いることによって慣性体２０２の位置を検出し得る。
【００４３】
さらに、線加速度と角加速度とをともに測定するために、「キューブ」の各面に２つのセンシングコイルが必要であるということに、留意されたい。単一の信号センシングコイルのみが「キューブ」の各面の中心に配置される場合では、角加速度を測定することは、不可能である。好適度の低い代わりとしては、キューブの各面の中心からずれた位置にあるセンシングコイルを１つのみ用いることができる。しかし、この場合には、その解析は、かなり複雑になってしまう。
【００４４】
図４および図５は、２つの異なった角度からの同一の構造を示している、センサ１０２の展開図を示す。特に、図４および図５には、駆動磁石アッセンブリ１０６Ｄのうちの１つの展開図が示されている。図中に示されるように、駆動磁石アッセンブリ１０６Ｄは、ケーシング４０２と、リアキャップ４０４と、駆動コイル３０２Ｄと、２つのセンシングコイル３０６Ｄおよび３０４Ｄと、磁気コア４０６（各センシングコイル３０６Ｄおよび３０４Ｄの各々に１つ）と、駆動磁気コア４０８とを含む。代替実施形態では、磁気コア４０６および４０８は、単一の共通部品（本質的には、単一の「変圧器の磁気コア」）として製造され得る。
【００４５】
この実施形態において、センシングコイル３０６Ｄおよび３０４Ｄは、駆動コイル３０２Ｄの内部に配置され、リアキャップ４０４は、駆動コイル３０２Ｄと、センシングコイル３０６Ｄおよび３０４Ｄとを、駆動コイルアッセンブリ１０６Ｄの所定の場所に支持する。
【００４６】
駆動磁石３０２は、慣性体２０２の所定の場所における浮遊を保つために用いられる。センシングコイル３０６および３０４は、ハウジング１０４内の磁束の変化を測定する。磁性流体２０４は、磁場が最も強い場所に流れようとする。これにより、慣性体２０２に逆らう反発力が生じ、慣性体２０２の磁性は、ないか、または一部（弱く）ある（換言すると、磁性流体２０４よりも実質的に弱い磁気を帯びている）。
【００４７】
先に説明し、図示したセンサ１０２は、反発性の磁力の原理によって動作する。磁性流体２０３の磁性は強く、駆動磁石３０２に引き付けられる。従って、可能な限り駆動磁石３０２に近づこうとすることによって、磁性流体は、実際には、駆動磁石３０２から離れる方向に慣性体２０２を「押す」、すなわち、反発する。全ての駆動磁石３０２が同一である場合、または、全ての駆動磁石３０２が同一の力を及ぼし、駆動磁石３０２が慣性体２０２の周りに対称的に配置されている場合には、慣性体２０２は、ハウジング１０４の幾何中心にありやすい。実際には、慣性体２０２は、磁性流体２０４を直接ではなく間接的に介して、駆動磁石３０２による影響を受けるとはいえ、この効果は、反発性の磁気効果として見なされ得る。
【００４８】
例えば上記のような加速度計１０２の周波数応答は、多くの要素（例えば、センサの幾何的配置、磁場の強度、磁性流体２０４の量およびタイプ、慣性体２０２の幾何的配置および重量、ならびに別のパラメータ）に依存する。特定の用途（例えば、振動を正確に測定する必要がある用途）に対して、ダイナミックレンジおよび周波数応答を拡張することは、望ましくあり得る。例えば図１〜図５に説明したような１つのセンサ１０２に対する典型的なダイナミックレンジは、その装置の体積が約１〜２立方センチメートルであり、おおよそ、図中に示したような形状をしている場合には、約数ｇである。典型的な周波数応答は、通常、数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚである。
【００４９】
概略的に図６に示したアクティブサスペンションは、加速度を算出するに必要な信号入力を生成する代替メカニズムである。アクティブサスペンションでは、慣性体２０２は、所定の場所に保たれ、その一方で、フィードバックループを用いて、駆動磁石３０２によって生成された力を制御することによって、慣性体２０２の運動を相殺する。換言すると、（加えた力に応答して）慣性体２０２をハウジング１０４に対して移動させることを可能にすることによって、磁性流体２０４内の磁束線の分布を変化させるのではなくむしろ、フィードバックループを用いて、駆動磁石３０２によって生成された磁場を制御する。慣性体２０２を所定の位置に維持するに必要な電流の量は、実際に測定される変量である。その電流から、線加速度と角加速度とが導き出される。
【００５０】
図６は、磁性流体加速度計におけるアクティブサスペンションの一実施形態を示す。説明のために、キューブの「面」は、図１〜図５におけるラベル付けと整合するように、ラベル付けしている（換言すると、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）。図６には、面ＢおよびＤ上において用いられる要素のみが示されているが、「キューブ」の各面は通常、類似の配置を有するということは、理解されるであろう。
【００５１】
図６には、磁性流体２０４と接触した慣性体２０２が示されている。図６には、４つの駆動磁石（３０２Ｄ１、３０２Ｄ２、３０２Ｂ１、および３０２Ｂ２とラベル付けされた磁石）が示されているが、この場合において、「キューブ」の各面が、上記の駆動磁石３０２を２つ有し、加速度計１０２全体に対して合計で１２個の駆動磁石３０２があるということは、理解されるであろう。代替実施形態では、図１〜図５に示されるように、「キューブ」の各面に単一の駆動磁石３０２のみを用いることができる。
【００５２】
図６には、４つのセンシングコイル３０６Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｄ、３０４Ｄが示されている。簡略化を目的として、ハウジング１０４は、図６には示していない。また、磁性流体２０４は、別個のドロップレットとして図６に示されている（換言すると、ハウジング１０４の内部のボリュームを完全には満たしていない）。代替実施形態では、ハウジング１０４内の利用可能な全ボリュームは、磁性流体２０４で満たされている。
【００５３】
図６には、慣性体２０２の位置ベクトルＸを測定する回路６０２がさらに示されている。座標ベクトルＸは、センシングコイル３０６Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｄ、および３０４Ｄの出力から導き出される。力Ｆが加速度計に加えられる前における慣性体２０２の位置に対する座標ベクトルＸの違いは、ΔＸによって指定される。ωは、角速度であり、従って、ω’は角加速度（角速度ωの一次微分）であり、対応した軸の個々の成分はω’ｘ、ω’ｙ、およびω’ｚとして表されており、ａｘ、ａｙ、およびａｚは、関連した軸に沿った線加速度であり、ａは、関連した軸（ａｘ，ａｙ，ａｚ）まわりの慣性体２０２の回転角のセットであり、ΔＸｉは、慣性体２０２とｉ番目のセンシングコイルとの距離の変化である。添え字「ｉ」は、駆動磁石を参照し、換言すると、左上の磁石（３０２Ｂ２）は添え字１によってラベル付けされており、右上の磁石（３０２Ｄ１）は添え字３によって指定されている、等。
【００５４】
磁性流体２０４のドロップレットは、慣性体２０２に力Ｆｉを及ぼす。力Ｆ（図６の右方向に働く力）は、慣性体２０２に加えられる。それにより、加速が生じ、図中に示されるように、力Ｆ３およびＦ４よりも弱い力Ｆ１およびＦ２が生じる。
【００５５】
回路６０４を用いることによって、加えられた加速度（線加速度（ａｘ，ａｙ，ａｚ）と角加速度（ω’ｘ，ω’ｙ，ω’ｚ））を算出する。回路６０４への入力は、回路６０２からの慣性体２０２の位置および、慣性体を所定位置に維持するために、各駆動磁石３０２によって慣性体２０２に加える必要のある各駆動磁石３０２に対する力Ｆｉの量の測定（センシングコイル３０６Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｄ、３０４Ｄ）である。制御器６０６は、フィードバックループにおいて動作し、駆動磁石３０２に加える必要のある力Ｆｉの量を算出する。制御器６０６の入力は、図６に示されるように、慣性体２０２の座標ベクトルＸと、駆動磁石３０２に対する変位ΔＸとである。
【００５６】
加算器６０８を用いることにより、Ｘと、αと、ΔＸとの値を組み合わせ、それによって、慣性体２０２の変位の算出を可能にする。フィルタ６１０を用いることにより、ゼロバイアスおよびゼロバイアスドリフトからの不要な影響を低減することができ、必要に応じて、フィルタを用いて任意の不要な高周波数成分を除去することができる。上記のフィルタの一例は、発明者Ｙｕｒｉ  Ｉ．ＲＯＭＡＮＯＶによる、タイトルが「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＯＦ  ＺＥＲＯ  ＢＩＡＳ  ＤＲＩＦＴ  ＩＮ  ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＥＮＳＯＲ」である米国仮特許出願第６０／６１２，２２７号（２００４年９月２３日出願）に記載されており、それは、本明細書において援用される。センサ１０２の静特性および動特性が知られている場合には、調節器６１２を用いることによって、慣性体２０２のサスペンションを制御する信号が形成され、それによって、ΔＸを一定値に保つ。センサ１０２が非線形な偏微分方程式のセット（例えば、全てが本明細書に援用される、「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＮＧ  ＬＩＮＥＡＲ  ＡＮＤ  ＡＮＧＵＬＡＲ  ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＭＡＧＮＥＴＯＦＬＵＩＤＩＣ  ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴＥＲ  ＷＩＴＨ  ＡＮ  ＩＮＥＲＴＩＡＬ  ＢＯＤＹ」である米国仮特許出願第６０／６１４，４１５号）によって記述されるものとして扱われる程度まで、選択されたモデル（閉じた形式の解を有さず、数値的に求める必要があるその非線形の変微分方程式のある近似解）に最も適合するように調節器６１２を選択することができる。次いで、加速度成分ω’ｘ、ω’ｙ、ω’ｚ、ａｘ、ａｙ、ａｚが算出され得る。
【００５７】
スケーリング回路６１４を用いて、各駆動磁石３０２に対応する各Ｆｉに対するスケーリング因子のセットＳが提供される。最もシンプルな場合において、スケーリング回路６１４は、本質的には、スケーリングパラメータのセットＳを用いて調節器６１２の出力を必要な電流へと変換する増幅器（または、増幅器のセット）である。さらに複雑なスケーラを用いることもできる。アクティブサスペンション制御器６０６の出力を用いて、駆動磁石３０２を介して流れる電流が制御され、それは次いで、磁場を制御し、磁場は、慣性体２０２を所定の場所に留まらせるようにさせる。アナログ−デジタル回路のハイブリッドとして、または、Ａ／ＤおよびＤ／Ａの入出力を有するマイクロプロセッサと磁石３０２の駆動回路として、または、当業者に明らかな別の態様で、制御器６０６はインプリメントされ得る。
【００５８】
加速度成分ω’ｘ、ω’ｙ、ω’ｚ、ａｘ、ａｙ、ａｚが分かると、線速度および角速度が簡単な方法で（積分を用いて）算出され得、また、線位置および位置角が（さらにもう一回積分を用いて）算出され得る、ということに留意されたい。
【００５９】
従って、アクティブフィードバックループ（「アクティブサスペンション」）は、慣性体２０２を実質的に静止したままにさせるように、インプリメントされる。駆動磁石３０２は、慣性体２０２に力を及ぼし、加えられた力を相殺する。慣性体２０２を所定の位置に維持するに必要な力（および、それ故に電流）の量に基づいて、線加速度および角加速度が算出され得る。
【００６０】
換言すると、加速度は、慣性体２０２を所定の位置に維持するに必要な「作用させる力」の量から導き出され得る。「作用させる力」は、所望の磁場を生成するに必要な電流に関連する。従って、加速度は、慣性体２０２を所定の位置に維持するに必要な電流に関連する。慣性体２０２は、実質的に、ほぼ静止したままである。これは、アクティブサスペンションの背後にある原理である。
【００６１】
図７は、アクティブサスペンションをインプリメントし得る方法の別の代替実施形態を示す。図７には、磁性流体２０４に囲まれた慣性体２０２が示されている（この図には、ハウジング１０４は示されていない）。単一駆動磁石３０２の各々は、コイル巻線（図３に示されたものと類似し、図１〜図５の文字に対応する文字を有する３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｅ、７０４Ｄとラベル付けされた巻線）と、永久磁石７０２（図７には、７０２Ａ、７０２Ｂ、７０２Ｅ、７０２Ｄとラベル付けられた４つの磁石が示されている）と、電磁石７０４とを含む。慣性体２０２は、種々の位置において選択的に与えられた強磁性体コーティング（７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｅ、７１０Ｄ、および、７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｅ、７１２Ｄと示されている）を含む。強磁性体コーティング７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｅ、７１０Ｄ、および、７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｅ、７１２Ｄに対応する位置センサ７０６Ａ、７０６Ｂ、７０６Ｅ、７０６Ｄ、および、７０８Ａ、７０８Ｂ、７０８Ｅ、７０８Ｄを用いて、慣性体２０２の位置を測定する。位置センサ７０６Ａ、７０６Ｂ、７０６Ｅ、７０６Ｄ、および、７０８Ａ、７０８Ｂ、７０８Ｅ、７０８Ｄは、例えば、ホールサンサまたは誘導型センサであり得る。
【００６２】
図８は、より数学的な形式でアクティブサスペンションを示す。アクティブサスペンションがサンサ１０２に適用する態様の次の関数解析を考慮する。以下の記号を用いる。
ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）−  次式で定義される、加えた力ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）のラプラス変換；
【００６３】
【数１】
2006091019.tif 000003
（ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）は、サンサ１０２の加速によって生じた慣性を反映する）
ＦＩＮＴＥＲＦ（ｓ）−  種々の干渉要素を表す力ｆＩＮＴＥＲＦ（ｔ）のラプラス変換（例えば、ノイズ、構造欠損、欠陥、磁性流体の不均一性などによるものであり、それらは、慣性体２０２の運動に影響を及ぼす）；
Ｚ（ｓ）−  出力信号ｚ（ｔ）のラプラス変換；
Ｘ（ｓ）−  センサ１０２の非理想の性質が原因の誤差信号ｘ（ｔ）のラプラス変換；
ＷＢＯＤＹ（ｓ）−  慣性体２０２の伝達関数；および、
ＷＣ（ｓ）−  制御器６０６の伝達関数。
【００６４】
アクティブサスペンションの目的は、出力信号ｚ（ｔ）の時間依存が、加えられた力ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）（センサ１０２の加速によって生じた慣性が原因の力）の時間依存に一致し、同時に、力ｆＩＮＴＥＲＦ（ｔ）（種々の干渉要素と、欠陥と、非線形性と、ノイズとを表す力）の時間依存との一致が最小である、ということを確かにすることである。出力信号のラプラス変換Ｚ（ｓ）に対する等式は、各要素の個々の伝達関数の積であり、以下のように表され得る。
【００６５】
Ｚ（ｓ）＝ＫＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）＋ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）ＦＩＮＴＥＲＦ（ｓ）    （１）
ここで、
【００６６】
【数２】
2006091019.tif 000004
は、加えられた力（慣性力）ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）の伝達関数である。ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）は、次式に定義される干渉力ｆＩＮＴＥＲＦ（ｔ）（ノイズなどが原因の力）の伝達関数である。
【００６７】
【数３】
2006091019.tif 000005
誤差Ｘ（ｓ）は、次式によって与えられる。
Ｘ（ｓ）＝ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）−Ｚ（ｓ）    （４）
（１）式を（４）式に代入することによって、誤差Ｘ（ｓ）は、次式のように表され得る。
【００６８】
Ｘ（ｓ）＝（１−ＫＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ））ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）−ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）ＦＩＮＴＥＲＦ（ｓ）    （５）
ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）に対する伝達関数は、次式によって与えられる。
【００６９】
【数４】
2006091019.tif 000006
Ｘ（ｓ）に対する伝達関数は、ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）が与えられた場合には、次式によって与えられる。
【００７０】
【数５】
2006091019.tif 000007
ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）およびＦＩＮＴＥＲＦ（ｓ）のＺ（ｓ）へ（またはＸ（ｓ）へ）の影響の程度は、対応する伝達関数によって定められる。出力信号ｚ（ｔ）および誤差信号ｘ（ｔ）への干渉力の影響を低減するために、伝達関数ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）を最小化しなければならない。出力信号ｚ（ｔ）が、加えられた加速度ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）を最も正確に反映することを確かにするために、ＫＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）は、可能な限り１に近くなければならない。
【００７１】
そのような伝達関数ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）およびＫＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）は、制御器６０６のパラメータを変更することによって、換言すると、制御器６０６の伝達関数ＷＣ（ｓ）を変更することによって、すなわち、制御器６０６の種々の要素のパラメータを変更することによって、得られうる。（２）式および（３）式から、Ｗｃ（ｓ）が増加すると、伝達関数ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）が減少し、０に漸近して近づき、伝達関数ＫＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）は漸近して１に近づく。従って、極限では、
１−ＫＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）＝０、ＫＩＮＴＥＲＦ（ｓ）＝０    （８）
である。
【００７２】
（８）式は、加えられた力および干渉力が原因の誤差の伝達関数は、全ての値に対してゼロである、ということを意味する。（８）式を（２）式および（５）式に代入すると、Ｚ（ｓ）は、加えられた力のラプラス変換と等しく、すなわち、Ｚ（ｓ）＝ＦＡＰＰＬＩＥＤ（ｓ）であり、有用な信号への誤差の寄与はゼロ、すなわち、Ｘ（ｓ）＝０であり、それは、ゼロエラーを有する理想的なシステムに対応する。換言すると、そのようなシステムでは、出力信号ｚ（ｔ）は、加えられた力ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）（この場合では、慣性体２０２の慣性が原因の力）によってのみ決定され、欠陥、ノイズ、磁性流体の不安定性、および、センサ１０２の別の非理想性にはよらない。
【００７３】
実際には、上記の係数に対して無限大の値を達成することは不可能であり、従って、誤差が存在する。しかし、そのような誤差は、アクティブサスペンションなしのセンサにおける対応する誤差よりもかなり小さい。従って、アクティブサスペンションを用いることによって、センサパラメータの安定性の改善と、センサの非線形性の効果の低減とが、可能になる。
【００７４】
図９は、アクティブサスペンションを用いて加速度から速度（線速度および角速度）を導き出し得る態様を示す。フィードバックループは、伝達関数ＷＤＥ（ｓ）＝ｐを有する微分要素（例えば、フィルタ６１０）を含む。先の記載と類似して、出力信号ｚ（ｔ）のラプラス変換Ｚ（ｓ）は、次式によって表され得る。
【００７５】
【数６】
2006091019.tif 000008
これは、制御器６０６の増幅率Ｋが１よりも十分大きな場合である。（９）式は、積分器に対する伝達関数に対応し、従って、出力信号ｚ（ｔ）は、入力信号（すなわち、センサの加速が原因の加えられた力ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）の信号）の積分に基づいて変化することになる。加えられた力ｆＡＰＰＬＩＥＤ（ｔ）の時間積分は、線加速度および角加速度の値に対応する。
【００７６】
アクティブサスペンションを用いることの有利な点は、センサ２０２の周波数応答およびダイナミックレンジが有意に改善されるということである。これは、磁性流体２０４内の磁束線が最小限にしか分布していないという事実による。慣性体２０２の実際の運動が極小（アクティブサスペンションなしの慣性体２０２の運動と比較した場合）であるために、センサ１０２の周波数応答は改善する。また、磁束線が、慣性体２０２が原因で「混合された」状態になる可能性は、低減される。それは、磁性流体２０４における双極子が、慣性体２０２の運動が原因のその配向を失うことがなく、わずかにシフトされるのみであり、シフトバックされ通常の位置に戻るためである。換言すると、磁性流体２０４内の磁束線の分布は、実質的に変化しない。アクティブフィードバック制御下では、磁束密度のみが増大または減少する。
【００７７】
従って、センサ１０２の安定性は改善される。それは、磁性流体２０４が最小限にのみ分布され、磁性流体２０４内の磁束線の分布は比較的一定になるようにされるためである。設計者は、所定の材料（この場合では、磁性流体２０４）の有し得る単位面積あたりの磁束が最大量になるように考慮する必要があるということに、留意されたい。これは、センサ１０２が測定し得る最大加速度への制限のうちの１つの機能を果たす。磁性流体２０４内の磁束密度が飽和すると（アクティブサスペンションを用いる場合）、また、センサ１０２が受ける加速度が、慣性体２０２を所定の位置に維持することができない程度に大きい場合、慣性体２０２は磁性流体２０４を擾乱するが（換言すると、非アクティブサスペンションの場合へと一部デフォルトする）、センサ１０２が機能する可能性は依然としてある。しかし、明らかに、これには制限がある。それは、幾ばくかの（十分大きな）加速において、慣性体２０２は、シンプルにハウジング１０４の内部壁、または駆動磁石アッセンブリ１０６のうちの１つに衝突するためである。それにもかかわらず、上記のように、センサ１０２の安定性は改善される。それは、磁性流体２０４が、加速のかなり多くの領域にわたって、実質的に擾乱されていないままであるためである。
【００７８】
アクティブサスペンションの別の有利な点は、慣性体２０２がハウジング１０４の中央に留まるために、慣性体２０２への線加速度および角加速度の影響は、互いに独立であり、それにより、両方の量をさらに正確に測定することが可能になる。換言すると、慣性体２０２（アクティブサスペンションがない場合）がハウジング１０４の幾何中心から離れて配置され、さらに、角加速度を受ける場合には、慣性体２０２にコリオリの力が働く。コリオリの力は、線加速度として感知される。これにより、線加速度と角加速度との相互依存が生じてしまい、それは、望ましくない。アクティブサスペンションは、この問題に対処する。
【００７９】
ハウジング１０４の中央に慣性体２０２を維持するに通常必要な磁力の量が、それ以外の場合と比べて小さいために、ダイナミックレンジは改善される。アクティブサスペンションを用いない場合には、所定値までの線加速度において、慣性体２０２がハウジング１０４の壁に衝突することを防ぐ必要があるということは、当業者には明らかであろう。アクティブサスペンションがある場合には、加速を受けない場合には、駆動磁石３０２（永久磁石、または電磁石、または両方の磁石）によって通常生成される磁力の量は、少ない必要がある。
【００８０】
漂遊磁場が既知であるかまたはリアルタイムで測定される場合には、アクティブサスペンションを用いることによって、漂遊磁場が原因の周囲の状況の影響が低減され得るか、または除去され得る。さらに、上記の周囲の状況の影響に対処するために、センサ１０２はシールドされ得るか、および／または、ハウジング１０４が外部を強磁性体コーティングで被覆され得る。
【００８１】
アクティブサスペンションによって、種々の用途間のセンサの互換性がかなり大きくなることを可能にする。例えば、人間による使用のために設計された、アクティブサスペンションなしのセンサは、最大で２ｇの加速度に耐える必要があるだけであり得る。一方、航空機における使用、または軍事用途のために設計されたセンサは、最大で５０ｇの加速度に耐え得る必要があり得る。アクティブサスペンションが有る場合では、かなり広範な用途にわたって、同一の基本的なセンサの設計を用い得る。そのような用途の変更には、制御エレクトロニクスの変更のみが必要であり、例えば、ソフトウェアを用いて達成され得る、ということに留意されたい。
【００８２】
このセンサ１０２は、実質的に、振動に対するローパスフィルタの機能を果たす。それは、慣性体２０２が浸された磁性流体２０４の減衰効果に主に起因し、また、慣性体２０２と、磁性流体２０４内の磁束線と駆動磁石３０２との相互作用に起因する。正確な周波数応答は、センサ１０２の配置および、設計の詳細に強く依存する。また、周波数応答は、磁性流体２０４として用いられる特定の流体と、流体内の磁束密度と、磁性流体２０４内のドロップレットの密度と、アクティブサスペンションを用いたか否かと、慣性体２０２の重量および構成などとに依存する。一部の用途では、フィルタを用いて、高周波数成分を除去することが望ましくあり得る。また、所定の加えられた加速度に対して、バンド幅が高くなるほど慣性体２０２を移動させる必要が減る。換言すると、センサは、特定の用途に対して、線加速度および／または角加速度の高周波数成分を測定するように構成され得る。
【００８３】
例えば、自動車用途では、自動車のエンジン振動を排除し（換言すると、フィルタを用いて除去し）、自動車の線加速度および／または角加速度における実際の変化を測定するだけであることが望ましい。別の用途では、線加速度および／または角加速度の高周波成分の測定が必要であり得、設計者は、センサの形態要素が特定の用途にマッチする必要があるということを、容易に理解するであろう。
【００８４】
センサ１０２は、駆動磁石３０２として電磁石もしくは永久磁石の一方を、またはその２つを組み合わせたものを用い得る。駆動磁石３０２として永久磁石を用いることにより、電力消費が実質的に低減され得る。例えば、電磁石によって消費される電流の量は、数十ミリアンペアであり得る。しかし、その数は、幾何形状要素と、慣性体２０２の質量と、ハウジング１０４のサイズと、別の種々のパラメータとに強く依存し、一部のインプリメンテーションではかなり小さくあり得る。永久磁石を用いることによって、センサ１０２によって引き出される電流の量は、極小であり、その主な原因は、制御エレクトロニクスにある。
【００８５】
しかし、永久磁石のみを用いる場合には、永久磁石では慣性体２０２のフィードバック制御が可能でないために、アクティブサスペンションを達成することは比較的困難であるということに留意されたい。このことへの１つの解決策は、駆動磁石３０２として２つの磁石（永久磁石と電磁石）を組み合わせたものを用いることであり得る。外部入力の非存在下において慣性体２０２の位置を維持するために永久磁石が用いられ、アクティブサスペンションのために電磁石が用いられる。換言すると、慣性体２０２に作用する磁力は、永久磁石と電磁石とによって生成される磁力の組み合わせである。
【００８６】
駆動磁石３０２として永久磁石と電磁石とを組み合わせたものを用いる場合では、各磁石による磁力の比は、例えば、８０／２０または７０／３０（永久磁石／電磁石）であり得る。換言すると、この場合では、慣性体２０２は、主に永久磁石の力によって浮遊され、電磁石は、作動されたときにおいて補助力のみを提供する。別の場合では、逆の比、例えば、２０／８０または３０／７０が用いられ得る。これにより、電磁石のスイッチがオフの場合、また、ハウジング１０４が一部のみしか磁性流体２０４で満たされていない場合でさえ、センサ１０２のスイッチが完全にオフにされるときでさえ、磁性流体２０４が磁石の近傍にあるままであるということが確保されるということに留意されたい。
【００８７】
従って、駆動磁石として永久磁石と電磁石との組み合わせを用いることの有利な点は、以下のとおりである。
【００８８】
用いられる電流の量は、特に「活動していない」期間において、低減される。センサが短時間においてのみ用いられる場合において、所望の電流の量を低減することは、可能である。その短時間において、電磁石は作動され、次いで、測定が完了すると電源を切る。
【００８９】
アクティブ制御システムおよび電磁石を用いると、慣性体２０２のサスペンション特性を動的に調節することと、磁性流体２０４および駆動磁石３０２の特性の時間依存性が原因で生じ得る、慣性体２０２のサスペンションの不安定性を制御することとが可能である。磁性流体２０４を激しく混合し、かき回すこと（「撹拌」）により慣性体２０２を移動させることによって、磁性流体２０４の特性を安定化させることも可能である。これは、自動的に（周期的に、もしくは、例えば、ある長時間加速が検出されなかったときに）、またはユーザーの命令に応答して行われ得る。
【００９０】
永久磁石を用いることによって、磁性流体２０４の磁気拡散特性、従って、慣性体２０２のサスペンションへの対応する影響の低減が可能になる。永久磁石を用いることによって、ハウジング１０４の一部をその流体で充填することが実現され得、それにより、慣性体２０２の実際のサスペンションでは用いられない磁性流体２０４のボリュームの低減に起因して、センサの動特性が良くなり得、慣性体１０２のサスペンションの安定性が良くなり得る。
【００９１】
磁性流体２０４の選択が考慮され得る。通常、磁性流体２０４は、最小の粘性と、飽和する前の最大フラックス密度と、双極子の均一なサイズと、不純物なしと、時間に対する特性の安定性と、可能な限り広い温度域にわたる特性の安定性と、非腐食性と、低膨張率と、慣性体２０２の運動の光学的検出を用いる用途に対する光学的透過性といった特徴を有することが望ましくあり得る。その特性の多くを組み合わせて達成することは困難であるということは、理解されるであろう。従って、設計者は、特定の用途および所望のセンサ性能に応じて適切な磁性流体２０４を慎重に選択する必要がある。
【００９２】
磁性流体２０４の一例は、懸濁された酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）粒子を有するケロシンである。従って、磁性流体２０４は、コロイド懸濁液である。Ｆｅ３Ｏ４粒子の典型的な直径は、１０〜２０ナノメートルのオーダ（またはそれ未満）である。通常、Ｆｅ３Ｏ４粒子は球状であり、磁場が印加されると磁気双極子として振舞う。
【００９３】
より一般的には、磁性流体２０４は、別の強磁性体材料（例えばコバルト、ガドミニウム、ニッケル、ジスプロシウム、および鉄、ならびに、それらの酸化物（例えば、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３）、ならびに磁性化合物（例えば、マンガン亜鉛鉄（ＺｎｘＭｎ１−ｘＦｅ２Ｏ４）、またはコバルト鉄、または別の強磁性体合金、酸化物およびフェライト））を用い得る。また、ケロシンに加えて、水または油がベース液体として用いられ得る。
【００９４】
別の実施形態では、磁性流体２０４は、流動性と、印加磁場への高感度とを有する二相システムであり得る。一実施形態では、混合物の固相の粒子サイズは、１×１０−９メートルのオーダーであり得、最大で数十ナノメートルであり得る。適切な磁性流体２０４の一タイプでは、ケロシン中におけるマグネタイトまたは天然磁石の低粘度分散であり、密度は、約１．１〜約１．５ｇ／ｃｍ３である。ケロシンの分散は、約０．００５〜約０．１ＰＡｓの実効粘度と、２５０ｋＡ／ｍの磁場下で約３０〜約５０ｋＡ／ｍの磁化能力（ｍａｇｎｅｔｉｚａｂｉｌｉｔｙ）とである。別の適切な磁性流体２０４は、密度が約１．１〜約１．５ｇ／ｃｍ３である、液体有機シリコン中におけるマグネタイトの低粘度分散である。シリコンの分散は、約０．７ＰＡｓ未満の実効粘度と、２５０ｋＡ／ｍの磁場下で約２５ｋＡ／ｍの磁化率とである。さらに、液体有機シリコン内の分散された強誘電体物質の磁気反応性サスペンションは、適切な磁性流体２０４として機能し得る。磁気反応性サスペンションの密度は、約３．４〜約４．０ｇ／ｃｍ３であり、その摩擦係数は約０．１〜約０．２であり、その摩耗率は約２×１０−７〜約８×１０−７である。
【００９５】
磁性流体２０４に磁場が加えられたとき、磁性流体２０４は幾分弾性の固体ボディとして振る舞い、それは、慣性体２０２がそれを「押す」ときに、変形に抵抗する。換言すると、それは、幾分、弾性変形および準結晶構造を有する物体として振舞う。この効果は、一部の用途において考慮に入れる必要があり得る。
【００９６】
本発明には、種々の用途がある。例えば、動作の測定を必要とする人間−機械インターフェースに適用可能である。急激な加速／減速に応答する能動素子に適用可能である。一定速度の動作をモニター／調節する測定装置、ならびに、線形運動または回転運動における振動を測定し制御するモニタリングシステムに適用可能である。法律執行の権威および救援活動団体の職員に対する正確な位置決めに、ならびに、医療サービスおよび緊急車両に対する正確な位置決めおよび方向決めに適用可能である。旅行者の正確な個人ナビゲーションツールに適用可能である。ゲーム（コントローラ、マニピュレータ、バーチャルリアリティ）に適用可能である。トレーニングプログラム、チームゲーム、および個々のゲームなどのスポーツに適用可能である。モーションキャプチャなどの娯楽分野に適用可能である。コンピュータ入力装置（例えば、三次元コンピュータマウス）および３ＤのＣＡＤ測定装置に適用可能である。
【００９７】
航空宇宙用途には、例えば、軽量の無人空中輸送手段（ＵＡＶ）の制御および慣性ナビゲーションが含まれる。地上の車両用途には、車両の動作分析、および、車両の（Ｄ）ＧＰＳ情報のデッドロックが含まれる。水産業用途には、船舶、ブイ、およびボートのナビゲーションならびに属性／船首方位測定が含まれる。試掘（ドリル）産業用途には、油に対するボアホール測定と電気通信業とが含まれる。ロボット工学用途には、可動式ロボットの（Ｄ）ＧＰＳ情報のナビゲーションおよびデッドロックが含まれる。体のリハビリテーションの用途には、機能的電気刺激（ＦＥＳ）製品に対する歩行モニタリングが含まれる。エルゴノミクス用途には、構成およびアッセンブリ産業における労働者のポーズ登録とおよびロードモニタリングが含まれる。エクササイズおよびスポーツ用途には、アスリートのスタイルおよびパフォーマンスのモニタリングが含まれる。
【００９８】
バーチャルリアリティおよびオーグメンテッドリアリティ用途には、リアルタイムの体位および暗室またはヘッドマウントディスプレイに対する視方向測定が含まれる。ＰＣインターフェース用途には、ＰＤＡまたはＰＣに対する２Ｄまたは３Ｄ動作入力装置（例えば、ＣＡＤおよびアニメーションデザイナに対する３Ｄコンピュータマウス、ビデオゲームコントローラ＆アクセサリ、無線操作の車両コントローラ、およびスポーツトレーニング装置（例えば、ゴルフ、野球、テニス））が含まれる。別の用途には、ビデオ装置（例えば、ビデオカメラ、ビデオキャプチャ付きの携帯電話など）が含まれる。ジッタは、そのような装置における共通の問題である。ジッタを相殺するために、所定の任意の時間においてジッタが正確に何であるかを知る必要がある。上記のビデオ装置に対して本発明のセンサを追加することによって、ビデオ装置が、何が行われているかということを知ることができ、それによって、ジッタを電子的に補償することができる。さらに別の用途では、ビデオディスプレイスクリーンを有する装置は、ディスプレイ画面が回転される間においてでさえ、ディスプレイの垂直方向を維持し得る。
【００９９】
工業製品用途には、自動車のエアバッグアクティベータ、振動センサ、設備安定化プラットフォーム、地震センサ（例えば、採掘、石油）、モーションキャプチャシステム、ナビゲーションシステム（例えば、ＧＰＳの代わりにデッドロッキング）、および情報提供者／位置トラッキングシステム（例えば、携帯電話のｅ９１１指令）が含まれる。地震用途には、地震動作の方向の決定が含まれる。医療用途には、患者モニタリングシステム、人間工学＆運動感覚のデータ取得が含まれる。
【０１００】
軍事用途には、ロボット車両（例えば、ＤＡＲＰＡ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）、捕食動物／無人飛行機遠隔操作、知的な戦場（例えば、味方−または−敵  追跡システム）、および戦闘（ｏｒｄｉｎａｎｃｅ）弾道シミュレーションが含まれる。戦場および空中の軍人および機械装置の正確な位置決め、ミサイルおよび発射体の調整および誘導（ＧＰＳ信号が、断続的か、または信頼性がないか、または利用可能でない場合も含めて）、車両、飛行機、ヘリコプター、海洋および河川輸送機の正確な位置決めにも適用可能である。
【０１０１】
本発明の実施形態について説明してきたが、当業者には、説明した方法および装置のある種の有利な点は得られうるということは、明らかである。本発明の範囲および精神の範囲内において、本発明の種々の修正、適合、および代替実施形態がなされ得るということは、理解されるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲によってさらに定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の磁性流体加速度センサを組み立てたものの等角斜視図を示す。
【図２】駆動磁石アッセンブリの１つを除去したセンサの側面図を示す。
【図３】駆動磁石コイルとセンシングコイルとの配置を示す部分断面図を示す。
【図４】センサの分解側面図を示す。
【図５】図４と異なる角度からのセンサの等角斜視図を示す。
【図６】本発明の磁性流体加速度センサのアクティブサスペンションの実施形態を示す。
【図７】強磁性コーティングがアクティブサスペンションのために用いられ得る方法を示す。
【図８】アクティブサスペンションをより数学的な形式で示す。
【図９】アクティブサスペンションを用いることによって加速度から速度（線速度および角速度）を導き出し得る方法を示す。
【符号の説明】
【０１０３】
１０２  センサ
１０４  ハウジング
１０６  駆動磁石アッセンブリ
１１０  ワイヤ
２０２  慣性体
２０４  磁性流体
３０２  駆動コイル
３０４、３０６  センシングコイル
４０２  ケーシング
４０４  リアキャップ
４０６、４０８  磁気コア
６０２、６０４  回路
６０６  制御器
６０８  加算器
６１０  フィルタ
６１２  調節器
６１４  スケーリング回路
７０２  永久磁石
７０４  電磁石
７０６、７０８  位置センサ
７１０、７１２  強磁性体磁石コーティング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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