(57)【要約】  安定化支持台システムにおいて加速度を測定する加速度計モジュールは、交流の入力基準信号を受け入れ、調整直流信号及び前記交流の入力基準信号と同位相の基準信号を生成するように構成される電源と、前記調整直流信号を前記電源から受信し、前記加速度計モジュールに作用する外力に応じて出力信号を生成するように構成される加速度計と、前記加速度計から前記出力信号を受信するとともに前記電源から前記基準信号を受信し、変調加速度計信号を出力するために前記出力信号で前記基準信号を変調するように構成されるアナログ乗算ユニットと、を含む。安定化支持台システムの補修方法も提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定化支持台システムにおける加速度を測定する加速度計モジュールであって、
交流の入力基準信号を受け入れ、調整直流信号及び前記交流の入力基準信号と同位相の基準信号を生成するように構成される電源と、
前記電源から前記調整直流信号を受信し、前記加速度計モジュールに作用する外力に応答して出力信号を生成するように構成される加速度計と、
前記加速度計からの前記出力信号を受信するとともに前記電源からの前記基準信号を受信し、変調加速度計信号を出力するために前記基準信号を前記出力信号で変調するように構成されるアナログ乗算ユニットと、
を含む加速度計モジュール。
【請求項２】
前記加速度計が固体加速度計又は差動容量型加速度計を含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項３】
前記加速度計の前記出力が時間的に変動する直流信号を含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項４】
前記アナログ乗算ユニットがアナログ４象限乗算器を含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項５】
前記電源が９００Ｈｚ入力信号を受け入れるように構成される請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項６】
前記９００Ｈｚの入力信号が２０ＶＡＣを含む請求項５に記載の前記加速度計モジュール。
【請求項７】
前記変調加速度計信号を調整するために前記乗算器に適用される電圧補正をさらに含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項８】
前記電源、前記加速度計、及び前記アナログ乗算器を搭載するように構成される筐体をさらに含み、
前記加速度計が前記筐体の基準軸と位置合わせされる請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項９】
前記筐体が、レイセオン社の部品番号３４３９０３１及び／又は３４３９０３０又はこれらと同等なものと、構造、適合精度、及び機能において同等なものである請求項８に記載の前記加速度計モジュール。
【請求項１０】
前記アナログ乗算ユニットに供給される前記基準信号の前記振幅を調整する減衰器をさらに含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１１】
前記加速度計の前記出力を濾波するように構成される積分器をさらに含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１２】
前記調整直流信号が５ＶＤＣと１２ＶＤＣの一つ又は両方を含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１３】
前記アナログ乗算ユニットが振幅変調（ＡＭ）加速度計信号を生成するように構成される請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１４】
前記電源が、前記基準信号を生成するように構成される補助巻き線を有する変圧器を含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１５】
前記電源が、前記基準信号生成するように構成される光学的に結合された線形アイソレーターを含む請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１６】
前記加速度計ユニットが、レイセオン社の部品番号３４３９０１及び／又は３４３９０３０又はこれらと同等なものと交換可能である請求項１に記載の加速度計モジュール。
【請求項１７】
安定化支持台において加速度を測定するシステムであって、
前記安定化支持台システムの２つの基準方向において加速度を測定する請求項１に記載の２つの加速度計ユニットを含むシステム。
【請求項１８】
前記２つの基準方向がジンバルの前記射角軸及び方位軸に対応する請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記加速度計モジュールが互いに異なるピン型コネクタを有する請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
安定化支持台システムを補修する方法であって、
設置されている加速度計モジュールを前記安定化支持台システムから除去し、
請求項１の前記加速度計モジュールを前記安定化支持台システムに設置する方法。
【請求項２１】
さらに前記安定化支持台システムの補修又は修理を提供する単数又は複数のサービスセンターを提供する請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、体に作用する力の測定に関し、特に、安定化支持台システムにおいて力を測定するために用いられる加速度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
レイセオン・インク社のＭ−６５機上ＴＯＷ（Tube-launched Optically-tracked Wire-to-command-link）システム、及び、コルスマン・インク社の夜間目標指示システム（Night Targeting System）（Ｍ−６５システムに類似する）は、航空機の動きを検出し操作者が標的を追跡することを補助するために一組の加速度計を用いる。これらの安定化支持台システムは、車両及びＡＨ１Ｗ海兵隊コブラ攻撃ヘリコプターや他のＡＨ１コブラ攻撃ヘリコプター等の航空機に組み込まれる。このようなシステム（又はその改良）が、全世界で少なくとも４００は用いられている。
【０００３】
機上ＴＯＷシステムは、安定化照準器の各軸について照準線に対する航空機の動きを検出するために加速度計を用いる。これにより、当該システムの命中率を最大化するために、航空機の動きに対して照準線の位置が補正される。これらのシステムに用いられる従来の加速度計モジュールは、ハネウェル・インターナショナル・インク社の部品番号２５８９７０（又はそれと同等なもの）に用いられ、台部と結合して加速度計モジュール（例えば、レイセオン社の部品番号３４３９０３１又は３４３９０３０）又はそれと同等なものになる。２つの加速度計モジュールを提供し、射角（俯仰）方向及び方位方向のそれぞれにおける加速度を測定するようにしてもよい。
【０００４】
従来、加速度計モジュールの出力は電子機器を用いて統合され、この出力が航空機の動きを補正又は補償することにより操作者の照準線を移動させて照準線をミサイルの標的に維持している。加速度計モジュールは、２０ＶＡＣ、９００Ｈｚの信号に接続され、当該動き補償システムに位相基準直流信号を提供する。同様のシステムが、例えば、米国特許３，８２９，６５９号に開示されている。この米国特許の記載は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００５】
図１は、安定化支持台システムにおける加速度を測定するために用いられる従来の加速度計モジュール１００のブロック図を示す。基準信号１１０は、機械式加速度計１３０に入力される。典型的には、基準信号１１０は２０ＶＡＣ、９００Ｈｚの信号である。加速度計１３０に加えられた加速度５０に応答して、加速度計１３０は振幅変調信号１６０を生成し、生成された振幅変調信号１６０は安定化支持台システムの航空電子工学機器に提供されて別の処理が行われる。
【０００６】
従来の加速度計モジュール１００の課題は、機械式の歪みゲージ型加速度計１３０を用いて構成されていることである。機械式の歪みゲージ型加速度計１３０は、非常に壊れやすく、激しい衝撃によって容易に損傷され、さらにＯＥＭ製造の交換用加速度計を調達することは非常に難しく費用がかかる。耐用年数が長いシステムに関してはなおさらである。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態において、安定化支持台システムの加速度を測定する加速度計モジュールは、交流の入力基準信号を受け入れ、調整直流信号及び交流の入力基準信号と同位相の基準信号を生成するように構成された電源と、当該調整直流信号を前記電源から受信し、当該加速度計モジュールへ作用する外力に応じて出力信号を生成するように構成される内蔵加速度計要素と、当該加速度計要素からの出力信号と当該電源からの基準信号とを受信し、変調加速度計信号を出力するために当該基準信号を当該出力信号で変調するように構成されるアナログ乗算器と、を含む。
【０００８】
他の態様における安定化支持台において加速度を測定するシステムは、２つの上述した加速度計モジュールを含み、当該安定化支持台システムの２つの基準方向のそれぞれにおいて加速度を測定する。当該２つの基準方向は、射角軸（俯仰軸）及び方位軸に対応していてもよい。
【０００９】
他の実施形態における安定化支持台システムを補修する方法は、設置されている加速度計モジュールを安定化支持台から除去すること、及び、既存の手順を用いて上述した加速度計モジュールを当該安定化支持台に設置することを含む。
【００１０】
本出願の他の特徴及び単数又は複数の実施形態の効果は、以下の詳細な説明、添付図面、及び特許請求の範囲から明らかになる。
【００１１】
本出願の実施形態は添付の概略図を参照して例示として開示される。これらの概略図において、類似の部分には類似の参照符号が付される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】安定化支持台システムにおいて加速度を測定するために用いられる従来の加速度計モジュールのブロック図を示す。
【００１３】
【図２】一実施形態における加速度計ユニットの例示的な概略図を示す。
【図２Ａ】図２における電源の例示的な実施形態を示す。
【００１４】
【図３】一実施形態における、安定化支持台システムに設置された加速度計モジュールを含む例示的なシステムを示す。
【００１５】
【図４ａ】一実施形態における加速度計モジュールを示す。
【図４ｂ】一実施形態における加速度計モジュールを示す。
【００１６】
【図５】一実施形態における安定化支持台を補修する例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２は、一実施形態における加速度計モジュール２００の例示的な概略図を示す。加速度計モジュール２００は、安定化支持台システムにおいて使用されるように構成することができる。
【００１８】
一実施形態において、加速度計モジュール２００は、一般に、電源２２０、加速度計２３０、及びアナログ乗算ユニット２５０を含む。様々な要素は、例えば、プリント基板に実装されてもよい。
【００１９】
電源２２０は、調整電力を加速度計２３０に供給し、電力をアナログ乗算ユニット２５０に供給するように構成される。一実施形態において、電源２２０に供給される入力電源信号２１０は、２０ＶＡＣ、９００Ｈｚである。
【００２０】
電源２２０は、入力電源信号２１０からの３つの電源信号を生成するように構成される。具体的には、電源２２０は基準信号２２２を提供する。基準信号２２２は、入力電源信号２１０と実質的に同位相である。幾つかの実施形態において、入力電源信号２１０は、入力基準信号１１０（図１）と同じものであってもよい。また、電源２２０は、直流出力信号２２４、２２６を、加速度計２３０及びアナログ乗算ユニット２５０にそれぞれ供給する。
【００２１】
図２Ａは、図２に示される電源２２０の例示的な実施形態を示す。電源２２０は、入力電源信号２１０を降圧するように構成される変圧器２２１と、降圧された交流電圧を直流電圧に変換するように構成される整流器２２３と、調整直流電圧を提供するように構成される電力レギュレータ２２５とを含む。
【００２２】
一実施形態において、変圧器２２１は、基準信号２２２を提供する。例えば、変圧器２２１は、入力電源信号２１０から基準信号２２２を提供する指定された補助コイルを含む単数又は複数の補助コイルを有している。基準信号２２２を提供するために、例えば、光学的に結合されたアイソレーター（不図示）等の他の装置を用いてもよい。基準信号２２２の入力電源信号２１０からの位相シフトは、理想的には皆無かそれに近いものである。
【００２３】
調整直流電力を加速度計要素２３０及び変調器２５０へ提供することによって、確実に正確性に関する要求が満たされる。例えば、電源２２０は、調整された５ＶＤＣ及び１２ＶＤＣの電力を信号２２４、２２６からそれぞれ供給するように構成されてもよい。整流器２２３は例えば単相全波整流器である。電力レギュレータ２２５は、例えばリニアテクノロジー社によって製造されている製品番号LT3010/LT3010-5の低電力線形レギュレータ等の集積回路（ＩＣ）である。他の電圧出力も必要に応じて同様にして提供される。
【００２４】
幾つかの実施形態において、図２に示される減衰器２４０は、変調器へ供給される基準信号２４４の利得の調整を可能にする。減衰器２４０は、利得調整のために、例えば、ポテンショメータ、可変抵抗器、加減抵抗器等のトリマ２４２を含んでもよい。
【００２５】
加速度計２３０は、固体加速度計又は差動容量型加速度計であってもよい。これらの加速度計又はこれらの加速度計の出力は、加速度計モジュールに加えられる加速度５０に応答して、時間的に変動する直流信号２３２を提供する。従来の歪みゲージ型又は機械式の加速度計１３０（図１）とは異なり、加速度計２３０ははるかに頑丈である。一実施形態において、加速度計２３０はアナログデバイセズ、インク社によって製造されているＡＤＸＬ型加速度計である。この加速度計は非常に頑丈で、１００００Ｇｓまで耐えると評価されている。また、加速度計モジュールの実施形態は、照準を正確にするために、追加的にレベル制御及び利得の調整を提供する。積分器を提供し、この積分器が加速度計要素の時間的に変動する直流信号２３２用のローパスフィルタを提供するように構成されてもよい。
【００２６】
アナログ乗算ユニット２５０は、加速度計２３０から出力される時間的に変動する直流信号２３２で基準信号２４４を変調するアナログ４象限乗算器チップを含む。一実施形態において、乗算器２５０は、アナログデバイセズ、インク社のＡＤ５３４であってもよい。ＡＤ５３４は、アナログデバイセズ、インク社によって製造されている内部トリミング集積回路（ＩＣ）乗算器である。加速度計モジュールは、およそ０〜１０Ｈｚの作動応答を有することができる。
【００２７】
一実施形態において、アナログ乗算ユニット２５０は、入力信号２１０と同じ周波数を有する搬送波を用いて振幅変調を生成する。例えば、変調加速度信号２６０は位相及び振幅を有しており、この位相は加速度の極性を示し、（包絡線の）振幅は加速度の大きさを示す。周波数変調又は位相変調等の他の変調アルゴリズムも用いることもできる。変調加速度信号２６０は、変調器の出力にバイアス（例えば、０Ｇバイアス）を加えるために、トリミング装置２５２によって調整される。トリミング装置２５２は、例えばポテンショメータ、トリマ、可変抵抗器、加減抵抗器等である。
【００２８】
変調加速度信号２６０は、既存の電子機器及び安定化支持台システムにおける構造、適合精度（fit）、及び機能に適合する。このようなシステムの下流では、変調信号の位相変調（及び他の変調）が行われる。例えば、上述した米国特許３，８２９，６５９参照。
【００２９】
９００Ｈｚの入力信号２１０に対しては、基準信号２２２，２４４は約９００Ｈｚとなる。９００Ｈｚの交流電圧が開示されているが、他の軍隊用又は航空電子工学機器用の電源、例えば４００ＨｚＡＣ、も用いることができる。このように、９００Ｈｚ又は４００Ｈｚの交流電圧へのいかなる言及も限定的なものと解釈されるべきではない。
【００３０】
図３は、安定化支持台システム３２０に設置された加速度計モジュール３１０を含む一実施形態における例示的なシステム３００を示す。
【００３１】
安定化支持台システム３２０は、例えば、Ｍ−６５望遠照準器ユニット又は２０ＶＡＣ・９００Ｈｚの信号を電源及び振幅変調出力の基準として用いるこれに類似するユニットである。加速度計要素３１０は、プリント基板上に形成されてもよく、この基板が筐体３３０内に設置される。加速度計要素３１０を筐体３３０へ固定するため、適切な埋め込み用化合物又は封入用化合物を用いることができる。一実施形態において、加速度計３１０は、安定化支持台における既存の筐体に接続されるように構成することもできる。
【００３２】
図３に示されるように、筐体３３０は、安定化支持台システム３２０において平衡状態のジンバルに搭載されるように構成してもよい。一実施形態において、筐体３３０は、円筒状の缶又は箱であってもよく、例えば、重量を減らすためにアルミニウム又は軽量合金から構成され、プラスチックを用いることもできる。筐体３３０は、既存の安定化支持台システムとのインタフェースを提供することができる。
【００３３】
加速度計モジュール３１０は、既存の機器とともに用いるために適応される。したがって、加速度計モジュール３１０は、ハネウェル・インターナショナル・インク社の部品番号２５８９７０又は他の企業によって製造又は流通されるこれと実質的に同等の装置を用いる従来の加速度計ユニットモジュールの、構造、適合精度、及び機能面での代替物を提供する。
【００３４】
一実施形態において、従来の加速度計ユニットに用いられる従来のコネクタケーブルを用いて、入力信号２１０及び変調加速度信号２６０（図２）を伝送することができる。単数又は複数の差込式接続方法がある。例えば、入力電源信号２１０はコネクタ３４０によって供給される。変調加速度信号２６０は、加速度計モジュール３１０からコネクタ３５０を介して出力される。コネクタ３４０，３５は、当業者に知られているピン型のコネクタであってもよい。このように構成されているため、安定化支持台システムにとっては、変調加速度信号２６０は、変調出力信号１６０（図１）に実質的に似ているように見える。
【００３５】
射角（俯仰）方向及び方位方向（又はｘｙｚ座標）のそれぞれにおいて加速度を測定するために、２つ又は３つの加速度計モジュール３１０を、安定化支持台、例えばレイセオン社の部品番号３２３４００１〜１１０、〜１３４又は他の企業によって製造又は流通される実質的に同等な装置、に設置することができる。一実施形態において、１つは射角用、他方は方位用に用いられる２つの加速度計モジュール３１０であって、互いに異なる止めピン型のコネクタを有するものを提供することができる。この２つのモジュールを特定するために、これ以外の印を用いることもできる。このように構成されているため、加速度計ユニット３１０の内部機構は似ているが、整備士はこの２つのモジュールを区別することができる。
【００３６】
図４ａ及び図４ｂは、一実施形態における加速度計モジュールを示す。図４ａは、封入前の加速度計モジュール４００Ａの切り欠き図を示す。一実施形態において、加速度計要素を含む様々な要素が筐体４２０に設置されたプリント基板４１０に組み付けられる。コネクタ４４０、４５０はプリント基板４１０に取り付けられる。
【００３７】
筐体４２０は、一般に筒状であり、中心凹部４２２を有する。鉄が、重さの点で、既存のハードウェア要求によく適合するが、筐体４２０は例えばＣＮＣ加工された金属ブロックであってもよい。
【００３８】
プリント基板４１０は凹部４２２（一部分が図中に「切り欠いて」示されている）に挿入される。プリント基板４１０が凹部４２２に挿入されたのちに機械的な調整を行って、加速度計要素を筐体４２０の基準軸と位置合わせしてもよい。位置合わせ用孔４２８を筐体４２０の様々な位置に設け、位置合わせ用治具（不図示）を用いて位置合わせを行ってもよい。
【００３９】
位置合わせの後に、プリント基板４１０を留め具４２４によって筐体４２０に固定してもよい。留め具４２４はネジであってもよいが、他の留め具及び／又は固定方法を用いることもできる。埋め込み用部材４３０は、プリント基板４１０を筐体内に封入するために、プリント基板４１０上にモールド又は形成される。
【００４０】
図４ｂは、封入された加速度計モジュール４００Ｂの取り付け前の状態を示す。一実施形態において、例えば、封入された加速度計モジュール４００Ｂの公称直径Ｄは約１．５〜１．６インチで、その高さは約０．６〜０．７インチである。
【００４１】
図５は、一実施形態における安定化支持台を補修する方法５００の一例を示す。
【００４２】
この方法は、工程５１０において開始され、安定化支持台システムが補修のために返却される。この安定化支持台システムは、例えば、レイセオン社のＭ−６５機上ＴＯＷシステム又はコルスマン・インク社の夜間目標指示システムである。上述のように、これらのシステムを、ＡＨ１Ｗ海兵隊コブラ攻撃ヘリコプター又は他の型の攻撃ヘリコプター等の航空機に組み込むことができる。加速度計ユニットを用いる他のシステムも同様に補修又は改装される。
【００４３】
これらのシステムを補修するための特別の設備及び人員を有する単数又は複数のサービスセンターが提供される。このサービスセンターは、軍の基地、政府の施設、及び／又は国防契約企業が所有し運営する場所に配置される。また、これらのサービスセンターは、安定化支持台システムを用いる車両又は航空機について他の補修及び修理を提供することができる。
【００４４】
工程５２０において、設置されていた加速度計ユニットが取り除かれ、続いて廃棄される。加速度計ユニットに到達するために、様々な留め具、電源、及び／又は出力ケーブル、コネクタ、配線用ハーネス等が、取り外され及び／又は取り除かれる必要がある場合がある。これらの典型的なシステムは、歪みゲージ型及び他の機械式の加速度計、例えばレイセオン社の部品番号３２３４９０３１又は３４３９０３０等又はこれらと同等なものを用いる。上述のように、安定化支持台システムはこのような加速度計を２つ有し、この２つの加速度計で射角方向及び方位方向のそれぞれにおいて加速度を測定することができる。除去された加速度計ユニットは、それらの要素を再利用するために処分又は廃棄されてもよい。
【００４５】
続いて、工程５３０において、本出願の一実施形態における単数又は複数の加速度計ユニットが安定化支持台システムに設置される。この加速度計ユニットは、既存の台部、例えばレイセオン社の部品番号３２３４９０３１又は３４３９０３０又はこれらと同等なもの、に接続されるように構成されてもよい。この場合、加速度計ユニットを保持するために、様々な留め具、ケーブル、コネクタ、ワイヤハーネス等を再度組み付けることが必要になることがある。入力電源ケーブル及び出力ケーブルは加速度ユニットと接続される。一実施形態において、加速度計ユニットが、射角用と方位用の互いに異なる止めピン型のコネクタを有していてもよい。
【００４６】
最後に、工程５４０において、安定化支持台システムが任務に戻される。加速度計ユニットを用いる他のシステムも同様に補修又は改装される。
【００４７】
以上のように、本出願で提案する加速度計モジュールは、現役の安定化支持台システムに用いられているが、従来から知られており旧式となっている可能性がある加速度計の構造、適合精度、及び機能面の代替物を提供する。
【００４８】
本開示は、現時点で最も現実的と考えられる実施形態に関連して記述されているが、さらに変形を行うことが可能であり、開示された実施形態には限定されない。本出願は、一般に本開示の原則に従うあらゆる変形、使用方法、同等な配置、又は適応であって、そのような本出願からの変形が、本出願の技術分野において公知であるか一般的な実務であって添付された特許請求の範囲の趣旨及び範囲において記述された本質的な特徴に適用されうるものを包含することが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本開示は、体に作用する力の測定に関し、特に、安定化支持台システムにおいて力を測定するために用いられる加速度計に関する。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
2011519426.tif 000010
2011519426.tif 000011