(57)【要約】【課題】本発明は、圧電基板上に表面弾性波発信器と圧電用パターンとを形成し、部品点数が少なく、量産にすぐれるようにしたサーボ加速度計を得ることを目的とする。【解決手段】本発明によるサーボ加速度計は、圧電基板(31)上に設けられた第１、第２表面弾性波発信器(SAW1,SAW2)及び第１、第２圧電用パターン(36,39)と、前記各表面弾性波発信器(SAW1,SAW2)からの第１、第２周波数信号(f1[Hz],f2[Hz])の差からなる周波数出力信号(52)を周波数/電圧変換した電圧信号(19)を用いて、加速度が入力された圧電基板(31)を元の状態に戻す構成である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板(31)の第１面(35)に設けられた第１表面弾性波発信器(SAW1)及び第１圧電用パターン(36)と、前記圧電基板(31)の第２面(38)に設けられた第２表面弾性波発信器(SAW2)及び第２圧電用パターン(39)と、前記第１、第２表面弾性波発信器(SAW1,SAW2)から得られた第１、第２周波数信号(f1[Hz],f2[Hz])を入力するための減算器(51)と、前記減算器(51)からの周波数出力信号(52)が入力される周波数/電圧変換器(53)からの電圧信号(19)を前記第１、第２圧電用パターン(36,39)に印加するための第１、第２アンプ(20,20a)とからなり、
一枚の前記圧電基板(31)上に設けられた前記第１、第２圧電用パターン(36,39)が前記圧電基板(31)に対するトルカとなり、前記圧電基板(31)に加速度が印加された場合、前記周波数/電圧変換器(53)からの電圧信号(19)が互いに異なる増幅度を有する前記第１、第２アンプ(20,20a)を介して前記第１、第２圧電用パターン(36,39)に供給され、前記圧電基板(31)が前記加速度が印加される前の状態に戻されるように構成したことを特徴とするサーボ加速度計。
【請求項２】
前記圧電基板(31)の長手方向(B)は、取付部材(33)の垂直面(34)に対して直交する水平状態に取付けられていることを特徴とする請求項１記載のサーボ加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボ加速度計に関し、特に、圧電基板上に表面弾性波発信器と圧電用パターンとを形成し、部品点数が少なく、量産にすぐれるようにするための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種のサーボ加速度計としては、例えば、特許文献１から３に示される、角加速度センサ、加速度又は機械力を測定する方法と装置、及び、モノリシック加速度計量トランスデューサを挙げることができる。
また、前述の特許文献１から３の構成の他に、例えば、本出願人の発明者達が執筆して発行された非特許文献１に開示された従来技術を図４から図８に挙げることができる。
【０００３】
図４で示される圧電素子型加速度計の構成においては、圧電素子１が重り２とボルト３を介して基台４上に圧縮した状態で構成されて圧縮により圧電素子１に歪みが生じ、図５で示される圧電素子型加速度計の構成においては、両面に電極５を有する圧電素子１に対して重り２が設けられ、せん断によって圧電素子１に歪みが発生するように構成されている。
【０００４】
また、図６で示されるサーボ加速度計１１においては、ケース１２内にフレクチャ１３ａを介して振子１３が設けられ、この振子１３の近傍には、マグネット１４とコイル１５によるトルカ１６ａが配設されると共に、このトルカ１６ａの下方には変位検出器１６が配設されている。
【０００５】
図７に示されるように、前記トルカ１６ａのコイル１５からは、読取抵抗１７を介して信号出力１８が出力されるように構成され、前記変位検出器１６から出力された電圧信号１９はサーボ増幅器２０を介して電流信号２１として前記トルカ１６ａのコイル１５に印加され、加速度入力を受けた振子１３の姿勢が加速度入力前の状態に戻される。
従って、前述の電流信号２１を読取抵抗１７を介して読取ることにより、入力加速度αの大きさを検出することができる。
【０００６】
また、図８で示される構成は、ＳＡＷ（Surface  Acoustic  Wave  すなわち、表面弾性波）型加速度計であり、このＡＳＷ型加速度計３０の圧電基板３１の面上には、アルミニウムを蒸着した構成からなり櫛状をなす電極からなる複数の表面弾性波発信器ＳＡＷが形成され、圧電材料の定数に依存した周波数の表面波が発生することが利用されている。
【０００７】
前述の図８の構成において、外部からＡ方向の加速度が印加されると、圧電基板３１に歪みが生じ、表面弾性波の伝播速度が変化して表面弾性波発信器ＳＡＷの発振周波数が変わり、この周波数変化によって加速度を検出するものである。
実際には、誤差要因を相殺して加速度に比例した周波数変化のみを取出すため、図８のように、一対の表面弾性波発信器ＳＡＷを有する構造が実用化されている。
前述の表面弾性波発信器ＳＡＷを用いた加速度計では、加速度を直接周波数の変化として検出するため、S／Ｎ比が良好で、デジタル出力とすることが容易であるため、コンピュータ等への接続が容易である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３５４３５８号公報
【特許文献２】特表２０００−５１４１７６号公報
【特許文献３】特表平１１−５１２８１６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】２００２年１月２０日、（株）工業調査会発行の「ジャイロ活用技術入門」の８０頁から９３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の加速度計は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図４及び図５に示される圧電加速度計の場合、圧電材料の固有振動数が高く設定できるため、周波数帯域が広いが、出力が小さいために微小加速度の計測は困難であり、同時に、低周波加速度の計測も困難であった。
また、部品点数も多く、コストダウンも容易ではなかった。
【００１１】
また、図６及び図７で示される振子を有するサーボ加速度計１１の構成の場合、振子を常にほぼ零位置に維持して加速度を検出するサーボ機構であるため、振子及びトルカ共、その構造が複雑となり、小型化及び低価格化が困難であった。
【００１２】
また、図８で示される表面弾性波発信器を圧電基板に設けた構成の場合、トルカとして重りを用いているため、この重りを設けるための機構を装備しなければならず、ＳＡＷ型加速度計自体を小型化することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によるサーボ加速度計は、圧電基板の第１面に設けられた第１表面弾性波発信器及び第１圧電用パターンと、前記圧電基板の第２面に設けられた第２表面弾性波発信器及び第２圧電用パターンと、前記第１、第２表面弾性波発信器から得られた第１、第２周波数信号を入力するための減算器と、前記減算器からの周波数信号が入力される周波数/電圧変換器からの電圧信号を前記第１、第２圧電用パターンに印加するための第１、第２アンプとからなり、一枚の前記圧電基板上に設けられた前記第１、第２圧電用パターンが前記圧電基板に対するトルカとなり、前記圧電基板に加速度が印加された場合、前記周波数/電圧変換器からの電圧信号が互いに異なる増幅度を有する前記第１、第２アンプを介して前記第１、第２圧電用パターンに供給され、前記圧電基板が前記加速度が印加される前の状態に戻されるようにした構成であり、また、前記圧電基板の長手方向は、取付部材の垂直面に対して直交する水平状態に取付けられている構成である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるサーボ加速度計は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、圧電基板の第１面に設けられた第１表面弾性波発信器及び第１圧電用パターンと、前記圧電基板の第２面に設けられた第２表面弾性波発信器及び第２圧電用パターンと、前記第１、第２表面弾性波発信器から得られた第１、第２周波数信号を入力するための減算器と、前記減算器からの周波数信号が入力される周波数/電圧変換器からの電圧信号を前記第１、第２圧電用パターンに印加するための第１、第２アンプとからなり、一枚の前記圧電基板上に設けられた前記第１、第２圧電用パターンが前記圧電基板に対するトルカとなり、前記圧電基板に加速度が印加された場合、前記周波数/電圧変換器からの電圧信号が互いに異なる増幅度を有する前記第１、第２アンプを介して前記第１、第２圧電用パターンに供給され、前記圧電基板が前記加速度が印加される前の状態に戻されるように構成したことにより、圧電基板上にトルカを有することができると共に、ＳＡＷ型加速度計の構成を大幅に簡略化し、さらに、必要とする部品点数を大幅に少なくと、量産に適した小型のＳＡＷ加速度計を得ることができる。
また、前記圧電基板の長手方向は、取付部材の垂直面に対して直交する水平状態に取付けられている構成においても、全体形状が圧電基板のみであるため、垂直面への取付けが極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるサーボ加速度計を示す概略断面構成図である。
【図２】図１の圧電基板を示す斜視図である。
【図３】本発明によるサーボ加速度計を示す全体構成図である。
【図４】従来の圧電型加速度計を示す断面図である。
【図５】従来の他の圧電型加速度計を示す断面図である。
【図６】従来のサーボ加速度計を示す断面構成図である。
【図７】図６のサーボ加速度計のサーボ系を示すブロック図である。
【図８】従来のＳＡＷ型加速度計を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、圧電基板上に表面弾性波発信器と圧電用パターンとを形成し、部品点数が少なく、量産にすぐれるようにしたサーボ加速度計を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１７】
以下、図面と共に本発明によるサーボ加速度計の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。
図１において、符号３１で示されるものは、板状の圧電素子からなる圧電基板であり、この圧電基板３１の基部３２は、取付部材３３の垂直面３４に取付けられ、前記圧電基板３１は前記垂直面３４に対して片持ち式でかつ水平状態に取付けられている。
【００１８】
前記圧電基板３１の上面である第１面３５には、トルカ用の第１圧電用パターン３６がこの第１面３５のほぼ全体にわたってアルミニウム等の蒸着膜等によって形成され、その一部には第１開口３７が形成されている。
前記第１開口３７内における前記第１面３５上には、周知の櫛歯状をなす第１表面弾性波発信器ＳＡＷ１が形成されている。
【００１９】
前記圧電基板３１の下面である第２面３８には、トルカ用の第２圧電用パターン３９がこの第２面３８のほぼ全体にわたってアルミニウム等の蒸着膜等によって形成され、その一部には第２開口４０が形成されている。
前記第２開口４０内における前記第２面３８上には、周知の櫛歯状をなす第２表面弾性波発信器ＳＡＷ２が形成されている。
【００２０】
前記圧電基板３１上の前記各圧電用パターン３６，３９の前記基部３２側には、第１、第２パターン基部３６ａ，３９ａが形成され、前記各パターン基部３６ａ，３９ａを介して前記第１、第２圧電用パターン３６，３９に対し、前記圧電基板３１を駆動させるための、電圧信号１９が印加されるように構成されている。
【００２１】
図３は、前述の図１及び図２で開示したサーボ加速度計用の圧電基板３１を用いて構成したサーボ加速度計５０を示している。
すなわち、図３において、前記垂直面３４に片持ち式に設けられた電圧基板３１の第１、第２表面弾性波発信器ＳＡＷ１，ＳＡＷ２から発生した第１、第２周波数信号ｆ１[Ｈｚ]，ｆ2[Ｈｚ]は減算器５１に入力され、この減算器５１からの周波数出力信号５２は周波数／電圧変換器５３によって電圧信号１９に変換される。
【００２２】
前記電圧信号１９は、互いに増幅度の異なる第１、第２アンプ２０，２０ａを介して第１、第２パターン基部３６ａ，３９ａに印加されるように構成され、実際には、前記第１、第２アンプ２０，２０ａを介して増幅された第１、第２電圧信号１９ａ，１９ｂが前記第１、第２パターン基部３６ａ，３９ａに印加されるように構成されている。
【００２３】
次に、動作について説明する。まず、図３の構成において、図示しない電源をオンとし、圧電基板３１に加速度方向Ａの方向に加速度が印加されない平常状態においては、第１、第２表面弾性波発信器ＳＡＷ１，ＳＡＷ２からの第１、第２周波数信号ｆ１[Ｈｚ]，ｆ2[Ｈｚ]には差が発生していないため、前記第１、第２パターン基部３６ａ，３９ａには第１、第２電圧信号１９ａ，１９ｂが印加されず、前述の圧電基板３１の水平状の平常状態が維持されている。
【００２４】
次に、前述の平常状態において、図１に示されるように、加速度方向Ａに沿う加速度が外部から印加された場合、圧電基板３１に歪みが生じ、圧電基板３１上の表面弾性波の伝播速度が変化し、各表面弾性波発信器ＳＡＷ１，ＳＡＷ２の発振周波数が変化するため、各表面弾性波発信器ＳＡＷ１，ＳＡＷ２からの周波数信号ｆ１[Ｈｚ]，ｆ2[Ｈｚ]として入力される前記減算器５１からその差信号が周波数出力信号５２として出力される。
【００２５】
前記周波数出力信号５２は、周波数／電圧変換器５３にて電圧に変換され、この電圧に基づく電圧信号１９は、第１アンプ２０で増幅された後に第１電圧信号１９ａとして第２パターン基部３９ａに印加される。
また、前記第１電圧信号１９ａは、第２アンプ２０ａを介してこの第１電圧信号１９ａよりも低い電圧に降圧された第２電圧信号１９ｂとして前記第１パターン基部３６ａに印加される。
【００２６】
前述のように第１、第２パターン基部３６ａ，３６ｂに対して、互いに異なる前記第１、第２電圧信号１９ａ，１９ｂが印加されることにより、前記第１、第２圧電用パターン３６，３９に対しても同時に前記第１、第２電圧信号１９ａ，１９ｂが印加されたことになるため、前記圧電基板３１の第１、第２面３５，３８に発生する周知の磁歪状態が異なり、この異なる磁歪状態により前述の加速度方向Ａによる加速度入力によって変化した圧電基板３１の第１、第２面３５，３８の磁歪状態が元の状態に戻る。
従って、前記第１、第２圧電用パターン３６，３９は、前述のように、外部からの加速度入力により変化した各面３５，３８の磁歪状態を元の状態に戻すための周知のトルカとしての作用を有し、前記各周波数信号ｆ１[Ｈｚ]とｆ2[Ｈｚ]との周波数差である周波数出力信号が前記サーボ加速度計に付加された加速度の大きさとして計測することができる。
【００２７】
次に、本発明によるサーボ加速度計の構成をまとめると、次の通りである。
すなわち、圧電基板３１の第１面３５に設けられた第１表面弾性波発信器ＳＡＷ１及び第１圧電用パターン３６と、前記圧電基板３１の第２面３８に設けられた第２表面弾性波発信器ＳＡＷ２及び第２圧電用パターン３９と、前記第１、第２表面弾性波発信器ＳＡＷ１，ＳＡＷ２から得られた第１、第２周波数信号ｆ１[Ｈｚ]，ｆ2[Ｈｚ]を入力するための減算器５１と、前記減算器５１からの周波数信号５２が入力される周波数／電圧変換器５３からの電圧信号１９を前記第１、第２アンプ２０，２０ａとからなり、一枚の前記圧電基板３１上に設けられた前記第１、第２圧電用パターン３６，３９が前記圧電基板３１に対するトルカとなり、前記圧電基板３１に加速度が印加された場合、前記周波数／電圧変換器５３からの電圧信号１９が互いに異なる増幅度を有する前記第１、第２アンプ２０，２０ａを介して前記第１、第２圧電用パターン３６，３９に供給され、前記圧電基板３１が前記加速度が印加される前の状態に戻されるように構成され、さらに、前記圧電基板３１の長手方向Ｂは、取付部材３３の垂直面３４に対して直交する水平状態に取付けられているように構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によるサーボ加速度計は、圧電基板上に、第１、第２表面男性波発信器及び第１、第２圧電用パターンを有しているため、全体形状が小型化され、全ての移動体の加速度計を用いた装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１９    電圧信号
１９ａ    第１電圧信号
１９ｂ    第２電圧信号
２０    第１アンプ
２０ａ    第２アンプ
３１    圧電基板
３２    基部
３３    取付部材
３４    垂直面
３５    第１面
３６    第１圧電用パターン（トルカ用）
３７    第１開口
３８    第２面
３９    第２圧電用パターン（トルカ用）
４０    第２開口
ＳＡＷ１    第１表面弾性波発信器
ＳＡＷ２    第２表面弾性波発信器
３６ａ    第１パターン基部
３９ａ    第２パターン基部
５０    サーボ加速度計
５１    減算器
５２    周波数出力信号
５３    周波数／電圧変換器
Ａ    加速度方向
ｆ１[Ｈｚ]    第１周波数信号
ｆ２[Ｈｚ]    第２周波数信号
【図１】
2013024798.tif 000003
【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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