(57)【要約】【課題】光学角度感知を用いた好適な補償加速度計を提供すること。【解決手段】ハウジングと、基部に柔軟に結合されたハウジング内の振り子であって、該振り子は、移動可能プレート上に実装されたコイルおよび開口部を有するカーテンを含む、振り子と、振り子の角変位に比例する信号を生成する光源および差動光検出器と、振り子の軸の方向に磁化された磁石と、コイルおよび磁石とともに、振り子を中立位置に戻すために用いられる磁性導体と、振り子の角変位に基づいて、補償加速度計によって体験される加速に比例する出力を生成するフィードバック回路とを備える、補償加速度計。【選択図】図１
2007256266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジング内の振り子であって、基部に柔軟に結合されており、移動可能プレート上に実装されたコイルと開口部を有するカーテンとを含む、振り子と、
該振り子の角変位に比例する信号を生成する差動光検出器および光源と、
該振り子の軸の方向に磁化された磁石と、
該コイルおよび該磁石とともに、該振り子を中立位置に戻すために用いられる磁性導体と、
該振り子の該角変位に基づいて、補償加速度計が受ける加速度に比例する出力を生成するフィードバック回路と
を備える、補償加速度計。
【請求項２】
前記フォーク、前記カーテン、前記光源および前記差動光検出器が、前記振り子の角変位の角度センサを形成する、請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
前記フォークの位置を調節するストッパをさらに備える、請求項２に記載の加速度計。
【請求項４】
前記フォークにおけるスラックを取り上げるために、該フォークの対向面にばねをさらに備える、請求項３に記載の加速度計。
【請求項５】
前記カーテンと前記光検出器との間におけるギャップを調節するために偏心器を有している固定器をさらに備える、請求項３に記載の加速度計。
【請求項６】
前記フォークが、ガイドを用いて前記加速度計の測定軸に沿って移動可能であり、ねじを用いて適した場所に固定されている、請求項２に記載の加速度計。
【請求項７】
ストッパであって、該ストッパの位置がねじ付き開口部において調節され得、該ストッパが前記フォークを適した場所に固定するために該フォークに接触する、ストッパをさらに備える、請求項６に記載の加速度計。
【請求項８】
前記フォークの一位置においてスラックを取り上げるためのばねをさらに備え、該ばねは、該フォークとフランジとの間に位置される、請求項７に記載の加速度計。
【請求項９】
前記加速度計が、前記ストッパの位置を調節することによって機械的に調整される、請求項７に記載の加速度計。
【請求項１０】
前記磁石が永久磁石である、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１１】
前記開口部がスリットとして形作られている、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１２】
前記カーテンに据え付けられている負荷質量をさらに備える、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１３】
前記移動可能プレートが、該プレートの偏向を可能にするために薄い部分を有する、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１４】
前記磁性導体が、内部磁性導体および外部磁性導体を含む、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１５】
前記差動光検出器および光源が、前記ハウジングに対して固定されている、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１６】
前記磁石、前記磁性導体および前記コイルが、運動量センサを形成する、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１７】
前記振り子のサスペンションの軸が、実質的に前記磁石の中立平面と一致する、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１８】
前記角度センサ回路における前記フィードバックが、温度効果を補償する、請求項１に記載の加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２００６年３月２０日に出願された、「ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＮＧ  ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴＥＲ  ＷＩＴＨ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＡＮＧＬＥ  ＳＥＮＳＩＮＧ」と題された米国仮特許出願第６０／７８３，４４８号の特許出願である。その全容は参考により本明細書中に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、測定機器に関し、より詳細には、感知要素の可撓性サスペンションを備える補償振り子型線形加速度計に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の加速度計の例は、日本国特許出願番号１８８９２４／１９８１に示される。この加速度計は、密閉ハウジングに配置される慣性質量（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｍａｓｓ）（この場合、振り子）を含む。密閉ハウジングの中には、典型的に、真空またはヘリウムのような不活性ガスがある。慣性質量は一般に、移動可能ロッドの形であり、そのロッドの下部は可撓性サスペンションを用いてプレートに取り付けられる。プレートは次いで、ねじを用いて複数のフレームのうちの１つの基部面に据え付けられる。ロッドは、可撓性サスペンションを用いて、プレートの周りを加速度計の測定軸の方向に回転できる。振り子のロッドは、そのロッドに取り付けられた２つの円柱形コイルを有する。
【０００４】
加速度計の軸磁気システムは、この場合においては磁気的に柔らかい材料から成る第１および第２のフレームである磁性導体を含む。磁気軸システムは、移動可能コイルが磁性導体の表面とフィールドコンセントレータの表面との間に形成されるギャップに位置されるように、永久磁石およびフィールドコンセントレータも含む。移動可能コイルとともに上記要素は、加速度計の運動量センサを含む。
【０００５】
両方のフレームは、互いに堅く接続され、フレームの各々は、振り子の移動範囲を制限するためのストッパを含む。この移動範囲は、フレーム内のねじ付き開口部におけるストッパを移動することによって調節され得る。
【０００６】
ハウジングの中に、振り子の動きを測定する角度センサがある。角度センサは、単一の光源および２つの光検出器から成る。光源が振り子の１つの面に位置され、かつ光検出器が振り子のもう一方の面に位置されるように、振り子はフレームの間に位置される。従って、振り子は、光源から光検出器への光をブロックするシェーディング要素として作用する。測定軸に沿って測定された加速がない場合、振り子は中立位置にあり、残りの光が２つの光検出器の間に均等に分布される一方、光源からの光の一部は、振り子によって遮蔽される。従って、光検出器によって生成される電流（例えば、フォトダイオードが使用された場合）は均等である。フォトダイオード（光検出器）の表面が全体的に照らされる必要はないが、検出器の各々の照度が同じであり、かつ出力電流が同じであるような長さ照らされることに留意されたい。ここにおいて、測定された加速がゼロであることを示す。
【０００７】
センサが測定軸に沿って加速を受けた場合、振り子は、慣性力によってその中立位置から変位される。結果的に、２つの検出器間の光の分布は変化し、従って、２つの検出器からの電流間の関係も変化する。２つの電流間の差は加速度に関連し、従来のエレクトロニクスを用いて、加速度値に変換され得る。電流は、フィードバック回路においても使用され得る。電流は、移動可能コイルを通過し、永久磁石の磁場と相互作用し、かつ振り子をその中立位置に戻す。フィードバック電流の大きさおよび極性は、従って、加速度の測定を可能にする。
【０００８】
上述された従来の加速度計は、多数の不利を有する。複数の不利のうちの１つは、振り子のロッドの比較的大きい寸法によって、光検出器は比較的離れて配置される必要があることであり、それによって雑音を増やし、かつ測定の感度を減少させる傾向がある。他の不利は、振り子の中立位置が典型的に、加速度計のゼロ出力信号に正確に対応しないことである。更なる他の不利は、加速度計の機械的調整が、ゼロバイアス信号に対しては特に困難になる傾向があることである。
【０００９】
従来の加速度計の他の例は、特許文献１に説明される。この特許に説明される加速度計は、前述された加速度計といくらかの共通性を共有する。しかしながら、特許文献１における加速度計は、日本国特許出願番号１８８９２４／１９８１のデバイスと比較して以下の違いを有する。第１に、第１のフレーム（磁気システムの磁性導体）は、加速度計の製造を簡略化することを可能にし、かつその質量も減少させる加速度計の実装基部として使用される。
【００１０】
更に、光源と光検出器との間に位置される振り子ロッドの自由端部は、光源および光検出器が互いに近くなることを可能にする薄いプレートとして形成される。これは、角度センサの感度を増やし、かつその出力における雑音を減少させる。複数の選択肢のうちの１つは、薄いプレートがロッドの形も有することであり、他の選択肢は、光の一部がスリットを通過するように、ロッドの軸に沿ったスリットを有する細いロッドとしてプレートを形作らせることである。
【００１１】
光源および光検出器が収容される構成の全体の様々な要素は、ゼロバイアス信号の機械的調整の精度を増やすフラットスプリングを使用してフレームに対して押し付けられる。
【００１２】
特許文献１に説明されるデバイスは、多数の不利を有する。例えば、複数の不利のうちの１つは、２つの磁気システムの使用による。測定加速の範囲を増やす必要がある場合、これは、比較的、コイルを介して流れ得る電流に対する値に導かれる。それによって、大量の熱が消散されることに導かれ、それによって、廃熱に関連する測定におけるエラー源に導かれる。更に、２つの異なる磁気システムの使用は、デバイスの製造コストおよび複雑性を増やす。これらの不利は、上述された日本国特許出願番号１８８９２４／１９８１に説明されるデバイスにも存在する。
【００１３】
更に、ゼロバイアス信号の機械的調整は、比較的粗雑である。更に、ハウジングに対して光源および検出器の変位の比較的小さい範囲は、中立位置における振り子ロッドの軸と加速度計の基部実装面との間に比較的大きな角度がある場合、角度センサを調整することを困難にする。
【特許文献１】米国特許第４，６４９，７４８号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、従来の加速度計の１つ以上の不利を実質的に取り除く補償加速度計に関する。
【００１５】
より詳細には、本発明の例示的実施形態においては、補償加速度計は、ハウジングおよびハウジング内に実装された感知要素を含む。感知要素は、基部上に柔軟に懸垂れた振り子を含む。振り子は、移動可能な薄いプレート上に実装されたコイル、スリットを有するカーテン、およびカーテンに据え付けられた負荷質量を含む。ハウジング内の角度センサは、カーテン、フォーク、光源および差動光検出器を含む。ハウジング内の運動量センサは、永久磁石、内部磁性導体、外部磁性導体およびコイルを含む。永久磁石は、振り子の軸の方向に磁化されている。ストッパは、フォークの位置を調節するために使用される。フォークにおけるスラックを取り上げるために、ばねはフォークの反対側にある。カーテンと光検出器との間のギャップを調節するために、固定器は偏心器を有している。
【００１６】
本発明の更なる特徴および利点は、以下の説明に述べられ、かつ説明から部分的に明らかになるか、または本発明の実施によって習得され得る。本発明の利点は、添付の図面とともに、本発明の記載された説明および特許請求の範囲に特に指摘された構造によって実現および達成される。
【００１７】
前述の該説および以下の詳細な説明の両方が、例示的および説明的であり、かつ特許の範囲が請求されるように本発明の更なる説明が提供されることを意図することが理解される。
【００１８】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
【００１９】
（項目１）
ハウジングと、
該ハウジング内の振り子であって、基部に柔軟に結合されており、移動可能プレート上に実装されたコイルと開口部を有するカーテンとを含む、振り子と、
該振り子の角変位に比例する信号を生成する差動光検出器および光源と、
該振り子の軸の方向に磁化された磁石と、
該コイルおよび該磁石とともに、該振り子を中立位置に戻すために用いられる磁性導体と、
該振り子の該角変位に基づいて、補償加速度計が受ける加速度に比例する出力を生成するフィードバック回路と
を備える、補償加速度計。
【００２０】
（項目２）
上記フォーク、上記カーテン、上記光源および上記差動光検出器が、上記振り子の角変位の角度センサを形成する、項目１に記載の加速度計。
【００２１】
（項目３）
上記フォークの位置を調節するストッパをさらに備える、項目２に記載の加速度計。
【００２２】
（項目４）
上記フォークにおけるスラックを取り上げるために、該フォークの対向面にばねをさらに備える、項目３に記載の加速度計。
【００２３】
（項目５）
上記カーテンと上記光検出器との間におけるギャップを調節するために偏心器を有している固定器をさらに備える、項目３に記載の加速度計。
【００２４】
（項目６）
上記フォークが、ガイドを用いて上記加速度計の測定軸に沿って移動可能であり、ねじを用いて適した場所に固定されている、項目２に記載の加速度計。
【００２５】
（項目７）
ストッパであって、該ストッパの位置がねじ付き開口部において調節され得、該ストッパが上記フォークを適した場所に固定するために該フォークに接触する、ストッパをさらに備える、項目６に記載の加速度計。
【００２６】
（項目８）
上記フォークの一位置においてスラックを取り上げるためのばねをさらに備え、該ばねは、該フォークとフランジとの間に位置される、項目７に記載の加速度計。
【００２７】
（項目９）
上記加速度計が、上記ストッパの位置を調節することによって機械的に調整される、項目７に記載の加速度計。
【００２８】
（項目１０）
上記磁石が永久磁石である、項目１に記載の加速度計。
【００２９】
（項目１１）
上記開口部がスリットとして形作られている、項目１に記載の加速度計。
【００３０】
（項目１２）
上記カーテンに据え付けられている負荷質量をさらに備える、項目１に記載の加速度計。
【００３１】
（項目１３）
上記移動可能プレートが、該プレートの偏向を可能にするために薄い部分を有する、項目１に記載の加速度計。
【００３２】
（項目１４）
上記磁性導体が、内部磁性導体および外部磁性導体を含む、項目１に記載の加速度計。
【００３３】
（項目１５）
上記差動光検出器および光源が、上記ハウジングに対して固定されている、項目１に記載の加速度計。
【００３４】
（項目１６）
上記磁石、上記磁性導体および上記コイルが、運動量センサを形成する、項目１に記載の加速度計。
【００３５】
（項目１７）
上記振り子のサスペンションの軸が、実質的に上記磁石の中立平面と一致する、項目１に記載の加速度計。
【００３６】
（項目１８）
上記角度センサ回路における上記フィードバックが、温度効果を補償する、項目１に記載の加速度計。
【００３７】
（摘要）
補償加速度計は、ハウジングおよびハウジング内に実装された感知要素を含む。感知要素は、基部上に柔軟に実装された振り子を含む。感知要素は、移動可能プレート上に実装されたコイル、スリットを有するカーテン、およびカーテンに据え付けられた負荷質量を含む。ハウジング内の角度センサは、カーテン、フォーク、光源および差動光検出器を含む。ハウジング内の運動量センサは、永久磁石、内部磁性導体、外部磁性導体およびコイルを含む。永久磁石は、振り子の軸の方向に磁化されている。ストッパは、フォークの位置を調節するために使用される。フォークにおけるスラックを取り上げるために、ばねはフォークの反対側にある。カーテンと光検出器との間のギャップを調節するために、固定器は偏心器を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、かつ説明とともに本発明の原理を説明するために役立つ。
【００３９】
本発明の実施形態を詳細に参照する。その例は、添付の図面に示される。
【００４０】
図１〜図３、図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の加速度計の例示的実施形態を示す。図１は、感度軸ＳＡおよび振り子軸ＰＡに沿って示される、本発明の一実施形態の加速度計の断面図を示す。図２は、図１の矢印Ａの方向における図を示し、要素２１を取り除いたものである。図３は、図１の矢印Ｂの方向における図を示し、要素２１を取り除いたものである。図４Ａおよび図４Ｂは、感知要素を示す。
【００４１】
加速度計は、ハウジング１を含み、感知要素がそのハウジングの上部に位置される。感知要素は、移動可能プレート３、プレート３に実装されたコイル８、スリット２６を有するカーテン１４、および負荷質量１３によって形成される慣性質量を含む。ここにおいて、スリットは、振り子の軸ＰＡに沿って配向され、負荷質量はカーテン１４に堅く接続されている（一選択肢として、慣性質量１３およびカーテン１４は、単一の要素として製造され得る）。感知要素は、プレート３を基部４に取り付けるために使用される、固定基部４および可撓性サスペンション５も含む。連結装置２は、コイル８をプレート３に接続するために用いられる。基部４は、例えば、ねじ６およびばね座金７を用いて、ハウジング１の上部に固定して実装される。
【００４２】
ハウジング１は、差動光学角度センサおよび運動量センサを含む。運動量センサは、磁気システムおよびコイル８を含む。磁気システムは、ハウジング１の上部円柱部に位置され、かつ外部磁性導体１０、内部磁性導体１１、および感知要素の軸ＰＡに沿った磁化方向を有するリング形磁石１２を含む。リング形磁石１２は典型的に、永久磁石であるが、電磁石も使用され得る。感知要素のサスペンション軸ＨＡは、永久磁石１２の中立平面に位置される。コイル８は、外部磁性導体１０の内面と永久磁石１２の外面との間のギャップに位置される。
【００４３】
光学角度センサはフォーク２３を含む。光源２４（例えば、ＬＥＤ）および二要素光検出器２５は、フォーク２３内に実装される。光検出器は、例えば、フォトダイオードになり得る。スリット２６を有するカーテン１４は、感知要素のプレート３上に実装される。ハウジング１の下部は、ねじ付きストッパ１９が位置され得るねじ付き開口部２０を含む。更に、ハウジング１は、下部にねじ山２８を有する開口部２７を含む。偏心器２９を含む固定器９は、開口部２７内に位置され得る。光源２４および光検出器２５が上に実装されるフォーク２３は、フォーク２３がガイド１８に沿って上下に移動することを可能にし、かつねじ２２を用いて最終的にハウジング１に相対的に据え付けられるように、ハウジング１内に配置される。
【００４４】
フォーク２３の下面は、ストッパ１９に接触する。フォーク２３の上面は、フランジ１５に隣接する２つのばね１６に接触する。フランジ１５は、ねじ１７を用いてハウジングに固定される。ストッパ１９が開口部２０に移動すると、フォーク２３は、ガイド１８に沿って軸ＳＡに沿って移動する。ばね１６は、フォーク２３の動きにおける任意のスラックを取り上げるために用いられる。
【００４５】
ケーシング２１は、加速度計を外部の影響から保護するためにハウジング１に取り付けられ得る。ハウジング１は、測定軸ＳＡに対して垂直である基部実装面Ｃも含む。加速度計の機能的電器回路図は図５に示される。図５に示されるように、加速度計は、光学角度センサ４１、補正要素４２、増幅器４３、コイル８、抵抗器４５およびフィルタ４６を含む。ＵＯＰは加速度計の出力電圧である。角度センサ４１は、発光ダイオード２４、二要素フォトダイオード２５、スリット２６を有するカーテン１４、前置増幅器４７および４８、加算器４９および５０、電流調節器５１、ならびに基準電圧ＵＲＥＦを出力する基準電圧ソース４４を含み、図５に示されるようにその全ては接続されている。
【００４６】
加速度計は、以下のように動作する。軸ＳＡに沿って加速度ａが適用されていない場合、感知要素の慣性質量は中立位置にある。従って、カーテン１４も、ＬＥＤ２４および二要素フォトダイオード２５に対して中立位置にある。中立位置においては、ゼロバイアス信号が機械的に調整されている場合、二要素フォトダイオード２５の照らされた領域は均等であり、その各々はアクティブ領域の半分に等しい。
【００４７】
フォトダイオード２５の要素の各々は、電流を生成し、その値は光の強さとともに、ＬＥＤ２４から光を受けている領域に比例する。中立位置においては、光を受けている領域および強さは全て均等であり、従って、前置増幅器４７および４８の入力における出力電圧も均等であり、かつ光誘導電流に比例する。加算器４９においては、これらの電圧は減算され、それによってゼロ出力電圧という結果になり、角度センサのゼロ出力でもある。加速度ａが軸ＳＡにそって適用された場合、慣性質量は、慣性力モーメントＭｉによって、加速度計のハウジング１に対して、可撓性サスペンション５によって偏向される。加速度ａが正であった場合、慣性質量は表面Ｃに向かって変位され、負であった場合、表面Ｃから離れて変位される。
【００４８】
カーテン１４は、ＬＥＤ２４およびフォトダイオード２５に対して、慣性質量と一緒に移動もする。カーテン１４の動きは、フォトダイオードの要素のうちの１つがより多くの光にさらされていて、もう一方の要素がより少ない光にさられていたという結果となる。従って、前置増幅器４７および４８の出力における電圧も変化し、加算器４９の出力における出力電圧はゼロにはならず、かつその符号が偏向の方向に対応する一方、その値は慣性質量の偏向に比例する。次いで、電圧は補正要素４２および増幅器４３を通過し、負のフィードバック信号の形式にあるその増幅器の出力は、コイル８に供給される。コイル８を介する電流ＩＯＰは、永久磁石１２の磁場と相互作用し、かつサスペンション軸ＨＡの周りにフィードバックモーメントＭＦを生成する。これは、測定された加速度の慣性力モーメントＭｉをバランスさせ、慣性質量を中立位置に戻す。抵抗器４５を通過する電流ＩＯＰは、電圧ＵＯＰ＝ＩＯＰＲを生成する。ここにおいて、Ｒは抵抗器４５の抵抗である。この電圧は、フィルタ４６を通過した後、加速度計の出力信号である。
【００４９】
図２および図３に示されるように、固定器９の偏心器２９は、基部４のスリット３０に位置され、かつカーテン１４とフォトダイオード２５との間におけるギャップ３１を調整することを意図するものである。ギャップ３１のサイズは、従って、ＬＥＤ２４から光を受けるフォトダイオード２５の領域に関連している。ギャップ３１の公称値において、かつ慣性質量の中立位置においては、光源２４からの光によって照らされた領域は、全領域の半分と等しくなるべきである。固定器９を回転すること（例えば、ねじ回しを使用することによって）は、測定軸ＳＡに相対的な軸ＰＡの回転を導く。それと同時に、カーテン１４とフォトダイオード２５との間におけるギャップ３１の変化がある。従って、ギャップ３１は、その値が求められる公称値に到達するまで調整され得る。
【００５０】
加速度計のゼロバイアス信号の機械的調整は、フォーク２３をガイド１８に沿って移動させ、それによってフォーク２３を軸ＳＡに沿って移動させることによって実行される。ゼロバイアス信号を機械的調整するために、加速度計は、感知要素の慣性質量が中立位置に位置されるように配置される。フォーク２３の動きは、ねじ山２０に沿って、フォーク２３に接触するストッパ１９を移動させることによって達成される。フォーク２３と一緒に、ＬＥＤ２４およびフォトダイオード２５も、加速度計の慣性質量の中立位置に位置されるカーテン１４のスリット２６に対して移動する。この動きによって、電流ＩＯＰの極性も変化する。この極性の変化は、加速度計の出力信号を表す加算器４９における出力の符号も変化することを意味する。
【００５１】
ガイド１８に対するフォーク２３の位置は、加算器４９の出力電圧がゼロであった場合、ゼロバイアス信号の機械的調整が実行された場合の位置である。この位置においては、フォーク２３は、ねじ２２を用いることによってガイド１８に沿って適した場所に固定される。
【００５２】
図５に示されるように、加速度計が機能している場合、その温度は比較的広い範囲において変化し得、その変化は、その様々な電子および機械的構成要素のパラメータにおける変化を導き得る。温度が変化した場合に角度センサの伝達係数を安定化するために、更なるフィードバック回路が使用される。フィードバック回路は、加算器５０、ＬＥＤ電流調整器５１および基準供給源４４を含む。加算器５０を使用して、前置増幅器４７および４８の出力における電圧の合計は、基準電圧源４４からの基準電圧ＵＲＥＦと比較される。
【００５３】
角度センサの伝達係数が公称値（すなわち、センサ特性およびジオメトリに基づいて計算された値）と等しい場合、加算器５０の出力における電圧はゼロと等しく、調整器５１は、ＬＥＤ２４における電流を変化しないまま維持する。例えば、角度センサ４１の伝達係数が増えた場合、前置増幅器４７および４８の出力における電圧も増える。更に、加算器５０の出力における電圧は負になり、ＬＥＤ２４を介する電流の低減、従って、フォトダイオード２５の２つの要素によって検出される光の低減に導かれる。従って、角度センサ４１の伝達係数は、その公称値へと減少する。従って、角度センサの伝達係数は安定化され、加速度計の出力における温度が原因となる変動は減少される。
【００５４】
図６および図７は、本明細書中に説明される加速度計と従来の加速度計との違いを説明する。本明細書中に説明される加速度計に対しては、慣性質量ｍｓ、慣性力Ｆｉによる運動量Ｍｉ、フィードバック運動量ＭＦおよびフィードバック電流ＩＯＰの変数を用いて説明される。ここにおいて、インデックス「Ｉ」を本発明の加速度計とし、インデックス「ＩＩ」を従来の加速度計とする。
【００５５】
【数１】
2007256266.tif 000003
ここにおいて、ｍＢ，ＬＢは、感知要素の左部（「Ｂ」）（軸ＨＡに対して）の質量および質量座標の中心である（すなわち、プレート３の半分およびコイル８の半分）。ｍＡ，ＬＡは、感知要素の右部（丸で囲まれた「Ａ」）（軸ＨＡに対して）の質量および質量座標の中心であり、その質量はカーテン１４とともに質量ｍＢおよび負荷１３の質量から成る。ＦｉＢ，ＦｉＡは、慣性質量の「Ａ」部および「Ｂ」部の加速の慣性力である。Ｆｉｍは、負荷質量１３およびカーテン１４の慣性力である。Ｌｍは、カーテン１４を有する負荷質量１３の中心質量座標である。Ｂは、運動量センサの磁気システムのワーキングギャップにおける誘導である。ｒＫは、コイル８の寸法である。ＬＷは、コイル８のワイヤ長である。
【００５６】
積ｍＬｍは、加速度計の振り子値として呼ばれる。電流ＩＯＰ  Ｉがコイル８を介して流れた場合、電力ＰＩの量はコイル８において生成される廃熱であり、式
【００５７】
【数２】
2007256266.tif 000004
によって規定される。
【００５８】
ここにおいて、ＲＫは、コイル８の抵抗である。ρ，ＬＷ，Ｓは、それぞれ、コイル８のワイヤの抵抗率、ワイヤ長およびワイヤの断面積である。
【００５９】
上述された従来の加速度計に対しては、以下のパラメータは、インデックス「ＩＩ」によって指定され、かつ以下のようにそれらの加速度計のジオメトリおよび構成によって規定される。
【００６０】
【数３】
2007256266.tif 000005
ｍ１ＩＩは、慣性質量のロッドの質量である。ｍ２ＩＩは、慣性質量のロッド上に実装された両方のコイルの質量である。感知要素のこの設計においては、測定され得る最大加速度を増やすために、プルーフ質量ｍ１ＩＩのロッドの質量を実質的にコイルの質量ｍ２ＩＩより少なくすることが望ましく、従って、式６においては、慣性質量全体の質量が実質的にコイルの質量によって規定されることが仮定される。γ，ＬＷ，Ｓは、それぞれ、コイルのワイヤの密度、ワイヤの全長およびワイヤの断面積である。Ｌｍは、慣性質量中心への距離である。ＬＦは、運動量センサ（コイルの対称軸と一致する）によって生成される回復力の適用の地点への距離である。Ｂは、運動量センサの磁気システムのワーキングギャップにおける磁気誘導である。
【００６１】
積
【００６２】
【数４】
2007256266.tif 000006
は、従来の加速度計の振り子値として呼ばれる。上述された式と同様に、フィードバック電流ＩＯＰ  ＩＩは、ＰＩＩによって指定される廃熱も生成する。ここにおいて、ＰＩＩは、
【００６３】
【数５】
2007256266.tif 000007
によって与えられる。
【００６４】
ここにおいて、ＲＫは、直列に接続される運動量センサのコイルの全抵抗であり、ρ，ＬＷ，Ｓは、それぞれ、コイルのワイヤの抵抗率、長さおよび断面積である。
【００６５】
式１−１１に基づいて、従来の加速度計と本明細書中に説明される加速度計とを比較できる。比較の目的のために、全ての加速度計が、その全ての加速度計が測定できる同じ最大加速度ａｍａｘ、および同じ振り子値
【００６６】
【数６】
2007256266.tif 000008
を有するものと受け止められる。ここにおいて、上記のように受け止められるのは、全ての加速度計が、軸ＨＡからそれらの中心質量への同じ距離Ｌｍ、およびコイル８と従来の加速度計における２つのコイルとの同じワイヤの長さＬＷを有する場合においてである。次いで、以下の条件
【００６７】
【数７】
2007256266.tif 000009
が真である場合、電流によって消散された廃熱の量とともに、コイル内で流れる最大フィードバック電流の値は、最大加速度ＩＯＰ（ａｍａｘ）において生じる。従って、磁気システムのオーバーヒートの最大温度は、おおよそ均等であるフィードバック電流ＩＯＰにより、加速度計のおおよそ均等である乗法誤差に（測定される加速ａによる）へとなる。
【００６８】
加速度計の振り子値を増やさずに（振り子値を減少させることが、加速度計の感度における低下および測定におけるより大きい誤差に導かれるため）加速度計が測定するために必要な最大加速度ａｍａｘをｎのファクターだけ増やすことが必要である状況を考慮する。
【００６９】
従来の加速度計においては、式１０に基づいて、コイルを介して流れる電流ＩＯＰ  ＩＩ（ａｍａｘ）は、同じようにｎ個のファクターだけ増える。すなわち、式１１に基づいて、運動量センサにおける消散された廃熱ＰＩＩ（ａｍａｘ）は、ｎ２個のファクターだけ増える。従って、永久磁石の温度も、電流の二乗が増えるとともに増える。しかしながら、従来の加速度計に対しては、電流ＩＯＰ  ＩＩ（ａｍａｘ）は、運動量センサのコイルのワイヤの断面Ｓによって制限される。
【００７０】
提案された加速度計においては、ａｍａｘがｎ個のファクターだけ増えた場合、コイル８が軸ＨＡに対してプレート３上に対称的に実装されるため、加速度計の振り子値を変化させずに、コイル８におけるワイヤの長さは、ｎ個のファクターだけ増加し得る。コイル８におけるワイヤの長さを増やすことは、振り子値の変化を生じない。振り子値は、負荷質量１３およびカーテン１４のみによって決定される。
【００７１】
コイル８におけるワイヤの長さがｎ個のファクターだけ増えた場合、式３および式４に基づいて、コイル８内に流れるフィードバック電流ＩＯＰ  Ｉ（ａｍａｘ）の増加なしに最大補償モーメントＭＦ  Ｉも、ｎだけ増え、最大慣性モーメントＭｉ  Ｉ（ａｍａｘ）をバランスする。これは、式５に基づいて、最大廃熱消散ＰＩ（ａｍａｘ）が、ｎ２でなく、ｎのファクターのみだけ増えることを意味する。従って、永久磁石のオーバーヒートも、ｎ２ではなく、ｎのファクターのみだけ増える。更に、測定における誤差は、ａｍａｘに対して、非線形依存よりむしろ、線形依存を有する。
【００７２】
提案された加速度計に対しては、ａｍａｘにおける理論制限がない。なぜなら、式４に基づいて、ａｍａｘがかなり増えた場合でも、コイル８におけるワイヤの長さもかなり増え得るためである。それによって、ＩＯＰ  Ｉ（ａｍａｘ）は、断面Ｓに基づいて認められた最大値より大きくならない。従って、提案された加速度計は、大きなａｍａｘを必要とする適用においてかなりの利点を有する。
【００７３】
従って、本発明の一実施形態を説明したことによって、説明された方法および装置の所定の利点が達成されたことが当業者に明らかになるであろう。その方法および装置の様々な修正、適合、および代替の実施形態は、本発明の範囲および精神内において行われ得る。本発明は、添付の特許請求の範囲によって更に定義される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、感度軸ＳＡおよび振り子軸ＰＡに沿って示される、本発明の一実施形態の加速度計の断面図を示す。
【図２】図２は、図１の矢印Ａの方向における図を示し、要素２１を取り除いたものである。
【図３】図３は、図１の矢印Ｂの方向における図を示し、要素２１を取り除いたものである。
【図４Ａ】図４Ａは、感知要素を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、感知要素を示す。
【図５】図５は、加速度計の機能的電気回路図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、図１の例示的加速度計の感知要素の動作の原理を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図１の例示的加速度計の感知要素の動作の原理を示す。
【図７】図７は、説明された加速度計と従来の加速度計との違いを示す。
【符号の説明】
【００７５】
１  ハウジング
２  連結装置
３  プレート
４  基部
５  可撓性サスペンション
６、１７、２２  ねじ
７  ばね座金
８  コイル
９  固定器
１０  外部磁性導体
１１  内部磁性導体
１２  磁石
１３  慣性質量
１４  カーテン
１５  フランジ
１６  ばね
１８  ガイド
１９  ストッパ
２０  ねじ付き開口部
２３  フォーク
２４  光源
２５  光検出器
２６  スリット
２７  開口部
２８  ねじ山
２９  偏心器
【図１】
2007256266.tif 000010
【図２】
2007256266.tif 000011
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007256266.tif 000014
【図５】
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【図６Ａ】
2007256266.tif 000016
【図６Ｂ】
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【図７】
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