(57)【要約】【課題】温度が変化しても加速度感度の変化が極めて小さいサーボ加速度計を提供する。【解決手段】振子１１の両面にトルカコイル１５が取り付けられ、それらトルカコイル１５は磁気回路の磁気空隙２６にそれぞれ位置し、加速度入力による振子１１の変位に応じてトルカコイル１５に流すトルカ電流を発生するサーボ回路１３を具備するサーボ加速度計において、磁気回路の温度を検出する温度センサ３１と、磁気回路に巻かれた補償用コイル（ＳＦＣコイル）３２と、温度センサ３１の出力に基づき、補償用コイル３２に電流を流す電気回路とを有し、補償用コイル３２に電流が流れることによって発生する磁束が磁気回路の磁束に加算される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振子の両面にトルカコイルが取り付けられ、それらトルカコイルは磁気回路の磁気空隙にそれぞれ位置し、加速度入力による振子の変位に応じてトルカコイルに流すトルカ電流を発生するサーボ回路を具備するサーボ加速度計であって、
前記磁気回路の温度を検出する温度センサと、
前記磁気回路に巻かれた補償用コイルと、
前記温度センサの出力に基づき、前記補償用コイルに電流を流す電気回路とを有し、
前記補償用コイルに電流が流れることによって発生する磁束が前記磁気回路の磁束に加算されることを特徴とするサーボ加速度計。
【請求項２】
請求項１記載のサーボ加速度計において、
前記磁気回路は筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジング内に順次配置されたポールピースボトム、マグネット、ポールピーストップとよりなり、
前記ポールピースボトムの周りに前記補償用コイルが巻かれていることを特徴とするサーボ加速度計。
【請求項３】
請求項１記載のサーボ加速度計において、
前記磁気回路は筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジング内に順次配置されたポールピースボトム、マグネット、ポールピーストップとよりなり、
前記マグネットの周りに前記補償用コイルが巻かれていることを特徴とするサーボ加速度計。
【請求項４】
請求項１記載のサーボ加速度計において、
前記磁気回路は筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジング内に順次配置されたポールピースボトム、マグネット、ポールピーストップとよりなり、
前記マグネットハウジングに環状凹部が形成され、その環状凹部で囲まれた軸部に前記補償用コイルが巻かれていることを特徴とするサーボ加速度計。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のいずれかのサーボ加速度計において、
前記温度センサに温度センサＩＣを用いることを特徴とするサーボ加速度計。
【請求項６】
請求項１乃至４記載のいずれかのサーボ加速度計において、
前記温度センサにサーミスタを用いることを特徴とするサーボ加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は振子の両面に取り付けられたトルカコイルが磁気回路の磁気空隙にそれぞれ位置され、それらトルカコイルに加速度入力による振子の変位に応じてトルカ電流が流されて、振子が原点位置で平衡する構成とされたサーボ加速度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のサーボ加速度計の従来構造の一例を図７に示す。
【０００３】
図７において、１１は加速度を検知する振子で、ヒンジ１１ａを介して枠体１１ｂに支持されている。振子１１は加速度入力により上下に変位する。１２は振子１１の変位を静電容量の変化によって検出するための振子変位検出部である。１３は振子変位検出部１２の出力に応じてトルカ電流を発生するサーボ回路であり、配線基板１４に実装されている。１５はトルカ電流が流れるトルカコイルで、円筒状のボビン１６に巻かれている。ボビン１６は振子１１の両面にそれぞれ取り付けられている。
【０００４】
１７はサーボ加速度計のハウジングであり、上蓋１７ａ，底板１７ｂ及び胴体部１７ｃの３つの部分によって構成されている。ハウジング１７は上端及び下端が閉塞された円筒状とされている。１８，１９は上，下のマグネットハウジング２１の周りに装着されたＣリングであり、２２は配線基板１４より外部に導出された端子である。
【０００５】
マグネットハウジング２１は円筒状をなし、その一端側は開放され、他端側には底板部２１ａが設けられている。各マグネットハウジング２１内の底板部２１ａ上には、それぞれ円板状をなすポールピースボトム２３、マグネット２４及びポールピーストップ２５が順次接合されて配置されている。サーボ加速度計の磁気回路はこれらマグネットハウジング２１、ポールピースボトム２３、マグネット２４及びポールピーストップ２５によって構成されている。図７中、矢印ａは磁束の流れを示す。トルカコイル１５はマグネットハウジング２１の開放端側とポールピーストップ２５との間に構成されている磁気空隙２６に位置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図８は上記のような構成を有するサーボ加速度計の機能構成をブロック図で示したものである。加速度が振子１１に作用することにより振子１１が変位し、振子変位検出部１２は振子１１の変位を電気的に検出する。サーボ回路は振子変位検出部１２の出力を増幅してトルカコイル１５にトルカ電流を流す増幅器１３’を用いて構成されている。トルカ電流によって磁気空隙に位置するトルカコイル１５にはローレンツ力が発生し、これにより振子１１を元の位置（原点位置）に戻すようにトルクが発生する。トルカ電流は振子１１に加わった加速度に比例し、トルカ電流を読取抵抗器２７で電圧に変換することにより加速度出力が得られるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような構成を有するサーボ加速度計においては、振子１１の構成材料には例えばクオーツが用いられ、またマグネットハウジング２１の構成材料にはインバーのような軟磁性材料が用いられ、これらクオーツやインバーといった熱膨張係数の小さい材料を用いることで、良好な温度特性を得るものとなっていた。なお、ポールピースボトム２３及びポールピーストップ２５には純鉄のような軟磁性材料が用いられる。
【０００９】
しかしながら、例えば油田掘削に使用されるようなサーボ加速度計においては、２００℃程度の高温にさらされることがあり、このように２００℃程度まで高温になると、マグネットハウジング２１を構成しているインバーの比透磁率は常温に比べてかなり低下し、磁気回路の磁気抵抗が大きくなるため、トルカコイル１５を鎖交する磁束が減少してしまう。この結果、振子１１を原点復帰させるためのトルクが減少し、負帰還の制御誤差が大きくなり、つまり温度変化によって加速度感度が変化することになる。
【００１０】
この発明の目的はこの問題に鑑み、温度が変化しても加速度感度の変化が極めて小さく、優れた温度特性を有するサーボ加速度計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明によれば、振子の両面にトルカコイルが取り付けられ、それらトルカコイルは磁気回路の磁気空隙にそれぞれ位置し、加速度入力による振子の変位に応じてトルカコイルに流すトルカ電流を発生するサーボ回路を具備するサーボ加速度計は、磁気回路の温度を検出する温度センサと、磁気回路に巻かれた補償用コイルと、温度センサの出力に基づき、補償用コイルに電流を流す電気回路とを有し、補償用コイルに電流が流れることによって発生する磁束が磁気回路の磁束に加算される。
【００１２】
請求項２の発明では請求項１の発明において、磁気回路は筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジング内に順次配置されたポールピースボトム、マグネット、ポールピーストップとよりなり、ポールピースボトムの周りに補償用コイルが巻かれている。
【００１３】
請求項３の発明では請求項１の発明において、磁気回路は筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジング内に順次配置されたポールピースボトム、マグネット、ポールピーストップとよりなり、マグネットの周りに補償用コイルが巻かれている。
【００１４】
請求項４の発明では請求項１の発明において、磁気回路は筒状のマグネットハウジングと、そのマグネットハウジング内に順次配置されたポールピースボトム、マグネット、ポールピーストップとよりなり、マグネットハウジングに環状凹部が形成され、その環状凹部で囲まれた軸部に補償用コイルが巻かれている。
【００１５】
請求項５の発明では請求項１乃至４のいずれかの発明において、温度センサに温度センサＩＣを用いる。
【００１６】
請求項６の発明では請求項１乃至４のいずれかの発明において、温度センサにサーミスタを用いる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、温度変化に伴う磁束の減少を補償することができ、よって温度が変化しても加速度感度の変化が極めて小さく、優れた温度特性を有するサーボ加速度計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明によるサーボ加速度計の第１の実施例の構造を示す断面図。
【図２】この発明によるサーボ加速度計の第１の実施例の機能構成を示すブロック図。
【図３】この発明によるサーボ加速度計の第１の実施例における磁束を補償するための回路図。
【図４】この発明によるサーボ加速度計の第２の実施例における磁束を補償するための回路図。
【図５】この発明によるサーボ加速度計の第１の変形例の構造を示す断面図。
【図６】Ａはこの発明によるサーボ加速度計の第２の変形例の構造を示す断面図、ＢはＡのＣＣ線断面図。
【図７】従来のサーボ加速度計の構造を示す断面図。
【図８】従来のサーボ加速度計の機能構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
【００２０】
図１はこの発明によるサーボ加速度計の一実施例の構造を示したものであり、図７と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
この例では磁気回路の温度を検出する温度センサ３１と、補償用コイル３２と、温度センサ３１の出力に基づき、補償用コイル３２に電流を流す電気回路とが設けられる。補償用コイル（以下、ＳＦＣ（Scale Factor Compensation）コイルと言う）３２はこの例では磁気回路の構成要素であるポールピースボトム２３の周りに巻かれており、温度センサ３１は上側のマグネットハウジング２１の底板部２１ａの外面に接着されて取り付けられている。なお、電気回路の図示は図１では省略している。
【００２２】
図２は図１に示したサーボ加速度計の機能構成をブロック図で示したものであり、図８に示した従来のサーボ加速度計の機能構成に加え、温度センサ３１とＳＦＣコイル３２と温度センサ３１の出力に基づき、ＳＦＣコイル３２に電流を流す電気回路として増幅器３３とを具備するものとなっている。
【００２３】
温度センサ３１の出力は増幅器３３に入力されて増幅され、増幅器３３からＳＦＣコイル３２に電流が流される。つまり、温度が上昇すると、ＳＦＣコイル３２に電流を流すように機能する。
【００２４】
ＳＦＣコイル３２に電流が流れると、ＳＦＣコイル３２が巻かれているポールピースボトム２３にはＳＦＣコイル３２に流れる電流による磁束が発生し、この磁束はマグネット２４によって発生する磁束と同様、磁気回路を流れ、つまりマグネット２４によって発生する磁束に加算される。従って、磁束密度が増大し、トルカコイル１５を鎖交する磁束が増加する。このように作用するため、この例では温度上昇により減少した磁束を補償することができる。なお、図１中、矢印ｂはＳＦＣコイル３２により発生する磁束の流れを示す。
【００２５】
図３は温度センサとして温度センサＩＣを用いた場合の磁束を補償する回路構成を具体的に示したものである。この例では温度センサＩＣ３１’から出力される出力電圧Ｖtが基準電圧発生回路３４から出力される基準電圧Ｖrefより大きくなったときにオペアンプ３３’の出力が発生し、ＳＦＣコイル３２に電流が流れる構成となっている。なお、図３中、３５〜３８は抵抗器を示す。
【００２６】
以下、一例として、Ｖrefが１５０℃における温度センサＩＣの出力電圧Ｖtと等しい場合を説明する。
【００２７】
オペアンプ３３’は単電源で動作する。１５０℃より低い温度では、ＶtはＶrefより小さいからオペアンプ３３’の出力は０Ｖである。温度センサＩＣ３１’が１５０℃以上になると、ＶtはＶrefより大きくなり、オペアンプ３３’の出力が正の電圧となり、ＳＦＣコイル３２に電流が流れる。Ｖtは温度に比例するので、温度が高くなるほどＳＦＣコイル３２に流れる電流は増加する。
【００２８】
このようにＳＦＣコイル３２に電流を流すことで、ポールピースボトム２３に発生する磁束数を大きくし、トルカコイル１５を鎖交する磁束数を大きくすることにより、温度上昇に伴う磁束数低下の影響を補償する。これにより、温度が変化してもサーボ加速度計の負帰還トルクが一定に保たれるので加速度感度が一定に保たれる。なお、温度センサＩＣ３１’の代わりに熱電対などの温度センサを用いることもできる。
【００２９】
一方、図４は温度センサとして、温度上昇により抵抗値が小さくなるサーミスタを利用した場合の回路構成を示したものであり、サーミスタ３１''の抵抗値が小さくなると増幅率が大きくなる回路となっている。サーミスタ３１''の抵抗値は温度変化に対して非線形な変化をするので、補償する温度範囲で大きく変化するようなサーミスタ３１''を選定して用いる。図４中、３９は抵抗器を示す。
【００３０】
オペアンプ３３’は基準電圧発生回路３４から出力される基準電圧Ｖrefを増幅してＳＦＣコイル３２に電流を流すように動作する。温度が低い範囲ではサーミスタ３１''の抵抗値が大きくなり、増幅率が小さいので、ＳＦＣコイル３２に流れる電流はわずかとなる。温度が上昇し、高温になると、サーミスタ３１''の抵抗値が小さくなり、増幅率が大きくなるため、ＳＦＣコイル３２に流れる電流が増加する。従って、図３に示した回路と同様の動作をし、温度上昇に伴う磁束数低下の影響を補償することができる。なお、サーミスタ３１''の代わりに正特性サーミスタを用いることもできる。
【００３１】
上述した例では、ＳＦＣコイル３２をポールピースボトム２３の周りに巻く構成としているが、これに限らず、ＳＦＣコイル３２は磁気回路の他の構成要素に巻くこともできる。
【００３２】
図５はマグネット２４の周りにＳＦＣコイル３２を巻いた例を示したものであり、図６はマグネットハウジング２１にＳＦＣコイル３２を設けた例を示したものである。
【００３３】
マグネットハウジング２１にＳＦＣコイル３２を設ける場合は図６に示したようにマグネットハウジング２１に環状凹部４１を形成し、その環状凹部４１で囲まれた軸部４２にＳＦＣコイル３２を巻くようにする。図６ではマグネットハウジング２１の底板部２１ａの外周部分に９０°間隔で４箇所、環状凹部４１を形成し、ＳＦＣコイル３２を４個巻いた構成となっている。なお、ＳＦＣコイル３２の数はこの例のように４個に限るものではなく、４個より多くてもよく、あるいは４個より少なくてもよく、例えば１個でもよい。
【００３４】
以上、この発明によるサーボ加速度計の各種構成例について説明したが、この発明によるサーボ加速度計によれば、温度が変化しても加速度感度の変化が非常に小さく、高精度な加速度出力を得ることができる。
【００３５】
なお、温度上昇に伴うインバーの比透磁率の低下、それに伴う磁気回路の磁気抵抗の増大の影響を低減すべく、磁気回路の断面積を十分大きくすることも考えられるが、この場合はサーボ加速度計の大型化を免れえない。これに対し、この発明によれば、小型軽量のサーボ加速度計を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１１  振子                            １１ａ  ヒンジ
１１ｂ  枠体                          １２  振子変位検出部
１３  サーボ回路                      １３’  増幅器
１４  配線基板                        １５  トルカコイル
１６  ボビン                          １７  ハウジング
１７ａ  上蓋                          １７ｂ  底板
１７ｃ  胴体部                        １８，１９  Ｃリング
２１  マグネットハウジング            ２１ａ  底板部
２２  端子                            ２３  ポールピースボトム
２４  マグネット                      ２５  ポールピーストップ
２６  磁気空隙                        ２７  読取抵抗器
３１  温度センサ                      ３１’  温度センサＩＣ
３１''  サーミスタ                    ３２  ＳＦＣコイル
３３  増幅器                          ３３’  オペアンプ
３４  基準電圧発生回路                ３５，３６，３７，３８，３９  抵抗器
４１  環状凹部                        ４２  軸部
【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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