惯性测量装置的制作方法

1.本发明涉及惯性测量装置。


背景技术：

2.已知有具备角速度传感器、加速度传感器等多个传感器，用于建筑物或结构体等的位移量测定的惯性测量装置(imu：inertial measurement unit)。在以往的惯性测量装置的结构中，由于来自与检测对象不同的外部的振动传播到传感器而无法检测出准确的测量数据，因此要求惯性测量装置具有防振结构。
3.例如，在专利文献1中公开了一种具有防振结构的恒温槽型石英振荡器。根据该文献，搭载有恒温槽型石英振荡器的副基板在其四角与主基板之间夹设有弹性材料的凝胶衬套，并通过螺钉等固定于主基板。在该文献的图4中，凝胶衬套以从上下夹着副基板的方式设置，在副基板的上表面露出配置有凝胶衬套的上部。
4.专利文献1：日本特开2010-258734号公报
5.然而，在专利文献1所记载的防振结构中，由于凝胶衬套等弹性材料以在副基板的上表面露出的状态设置，因此在应用于室外所使用的惯性测量装置的情况下，弹性材料暴露于日光、风雨或者急剧的温度变化，从而存在劣化而无法充分获得振动耐久性这样的课题。


技术实现要素：

6.惯性测量装置具有：传感器单元，其具有惯性传感器；以及第一保持部，其保持所述传感器单元，所述第一保持部具有：第一基板，其具有多个开孔部，并与所述传感器单元对置地配置；第二基板，其与所述第一基板对置地配置；多个间隔件，它们位于所述第一基板的最外周，将所述传感器单元与所述第一基板连接；第一弹性部件和第二弹性部件，它们设置成穿过所述开孔部且夹着所述第一基板；第一固定部件，其贯通所述第一基板和所述第一弹性部件，进行按压而将所述第一基板固定于所述第二基板；以及第二固定部件，其贯通所述第一基板和所述第二弹性部件，进行按压而将所述第一基板固定于所述第二基板，所述第一弹性部件和所述第二弹性部件分别具有：第一部分，其配置于所述传感器单元与所述第一基板之间；第二部分，其与所述第一部分对置，并与所述第二基板接触；以及第三部分，其与所述第二部分连结，并位于所述开孔部的内侧。
附图说明
7.图1是第1实施方式的惯性测量装置的分解立体图。
8.图2是图1的惯性测量装置的概略俯视图。
9.图3是图2的a-a线处的剖视图。
10.图4是图3的部分c的放大剖视图。
11.图5是表示第2实施方式的惯性测量装置以及保持部的概略结构的图。
12.图6是表示线缆防振的振动特性的图表。
13.图7是第3实施方式的惯性测量装置的概略剖视图。
14.图8是第4实施方式的惯性测量装置的概略剖视图。
15.图9是表示第5实施方式的惯性测量装置的设置例的图。
16.图10是表示惯性测量装置的安装姿势例的图。
17.标号说明
18.1：惯性测量装置；1a：惯性测量装置；1b：惯性测量装置；2：线缆；3：支承台；5：桥梁；6：车辆；7：上部结构；7a：地板；8：下部结构；8a：桥墩；8b：桥台；9：罩；10：传感器单元；20：保持部；20a：保持部；20b：保持部；21：第一基板；21a：第一基板；22：第二基板；23：第三基板；24：间隔件；25：磁铁；26a：螺钉；26b：螺钉；26c：螺钉；26d：螺钉；26e：螺钉；27：垫圈；29：支承基板；30a：凝胶衬套；30b：凝胶衬套；30c：凝胶衬套；30d：凝胶衬套；30e：凝胶衬套；31：第一部分；32：第二部分；33：第三部分；34：控制部件；211：开孔部；221：螺纹孔；231：开孔部；s1：振动特性；s2：振动特性。
具体实施方式
19.1.第1实施方式
20.参照图1～图4对第1实施方式的惯性测量装置1的概略结构进行说明。
21.图1是表示惯性测量装置1的概略结构的分解立体图，透明地示出了传感器单元10。图2是表示图1的惯性测量装置1的概略结构的俯视图。在图2中，为了易于看到从传感器单元10侧观察到的第一基板21，省略了传感器单元10而示出。图3是图2的a-a线剖视图，图4是图3的部分c的放大剖视图。
22.如图1所示，惯性测量装置1具有传感器单元10和保持传感器单元10的保持部20。
23.传感器单元10是平面形状为长方形的长方体，作为惯性传感器，内置有三轴加速度传感器以及三轴角速度传感器。另外，在传感器单元10中设置有未图示的连接器并与控制电路连接。
24.如图1、图2所示，保持部20具有：与传感器单元10对置地配置并固定的第一基板21；与第一基板21对置地配置并固定的第二基板22；将传感器单元10与第一基板21连接的四个间隔件24；凝胶衬套30a、30b、30c、30d；螺钉26a、26b、26c、26d；以及四个磁铁25。另外，保持部20相当于第一保持部。
25.第一基板21以及第二基板22是由铝构成的平板状的基板，形成有包含四个开孔部211的多个孔。由于第一基板21、第二基板22以及传感器单元10的各自对置的面的形状和面积相同，因此在与传感器单元10对置地配置第一基板21、以及与第一基板21对置地配置第二基板22时，传感器单元10位于具有规定的距离地覆盖第一基板21的一个面的位置，第一基板21位于具有规定的距离地覆盖第二基板22的一个面的位置。
26.第一基板21和第二基板22在本实施方式中使用铝，但并不限定于此，也可以使用其他金属或陶瓷等。另外，第一基板21和第二基板22的弹性模量优选低于凝胶衬套30a、30b、30c、30d的弹性模量。
27.传感器单元10与第一基板21之间通过四个间隔件24连接并固定。间隔件24位于作为第一基板21的最外周的四个角附近。间隔件24的两端固定于传感器单元10以及第一基板
21所设置的孔，传感器单元10与第一基板21的面彼此以具有规定的距离对置的方式被固定。
28.间隔件24可以使用金属或树脂材料，但优选使用金属。在本方式中，间隔件24与第一基板21以及第二基板22同样地使用铝。
29.另外，如图2所示，惯性测量装置1设置成凝胶衬套30a、30c、螺钉26a、26c和两个磁铁25位于沿着第一基板21的长边的两个间隔件24之间。并且设置成凝胶衬套30b、30d、螺钉26b、26d和两个磁铁25位于沿着第一基板21的另一个长边的两个间隔件24之间。
30.凝胶衬套30a、30b、30c、30d是使用了α凝胶的防振凝胶，是能够去除从外部传播来的微振动，使传感器拾取的噪声等频率衰减的弹性部件。另外，凝胶衬套30a相当于第一弹性部件，凝胶衬套30b相当于第二弹性部件，凝胶衬套30c相当于第三弹性部件，凝胶衬套30d相当于第四弹性部件。
31.螺钉26a、26b、26c、26d是使第一基板21固定于第二基板22的固定部件。螺钉26a、26b、26c、26d分别与凝胶衬套30a、30b、30c、30d对应，通过螺钉26a、26b、26c、26d的长度调整第一基板21与第二基板22的间隔、以及对凝胶衬套30a、30b、30c、30d进行按压时的压缩量，从而能够调整要衰减的频率。螺钉26a相当于第一固定部件，螺钉26b相当于第二固定部件，螺钉26c相当于第三固定部件，螺钉26d相当于第四固定部件。
32.在俯视第一基板21时，凝胶衬套30a、30b、30c、30d和螺钉26a、26b、26c、26d的四个对配置成位于四角的正方形。但是，由凝胶衬套和螺钉构成的对的数量和配置位置并不限定于此，也可以是配置在正方形的对角位置的两对凝胶衬套30a、30b和螺钉26a、26b。或者，也可以是除了两对凝胶衬套30a、30b和螺钉26a、26b之外，还在从连接凝胶衬套30a、30b的直线b偏离的位置处配置有凝胶衬套30c和螺钉26c的三对。
33.如图3所示，第一基板21被贯通了开孔部211和凝胶衬套30a、30b、30c、30d的螺钉26a、26b、26c、26d固定于第二基板22。
34.由于凝胶衬套30a、30b、30c、30d和螺钉26a、26b、26c、26d的对是相同的结构，因此，以凝胶衬套30a和螺钉26a的对为例，对第一基板21和第二基板22之间的固定进行说明。
35.如图3和图4所示，第一基板21和第二基板22之间的固定将螺钉26a穿过配置于开孔部211的凝胶衬套30a来进行。
36.具体而言，凝胶衬套30a具有：第一部分31，其配置于传感器单元10与第一基板21之间；第二部分32，其配置成与第一部分31对置且与第二基板22接触；以及第三部分33，其一端侧与第二部分32连结，并位于开孔部211的内侧。凝胶衬套30a使第三部分33插入开孔部211，并使第一部分31与第三部分33的另一端侧卡合，由此配置成穿过开孔部211且夹着第一基板21。
37.在凝胶衬套30a的中心设置有沿着第三部分33的延伸方向的贯通孔，在该贯通孔中插入螺钉26a。螺钉26a贯通第一基板21和凝胶衬套30a，在按压凝胶衬套30a的同时使末端部与设置于第二基板22的螺纹孔221螺合而固定。
38.同样地，螺钉26b也贯通第一基板21和凝胶衬套30b，在按压凝胶衬套30b的同时使末端部与设置于第二基板22的螺纹孔221螺合，利用螺钉26a、26b、26c、26d将第一基板21固定于第二基板22。
39.另外，在螺钉26a的头部与凝胶衬套30a之间配置有垫圈27。在利用螺钉26a进行螺
纹紧固时，能够利用垫圈27均匀地按压凝胶衬套30a。
40.而且，在设置于凝胶衬套30a的贯通孔的内表面具有控制部件34。控制部件34是包围螺钉26a的螺纹部的圆筒形状，与螺钉26a之间具有间隙地配置。通过配置控制部件34，能够控制凝胶衬套30a相对于螺钉26a的按压量。另外，控制部件34由刚性比凝胶衬套30a高的部件构成，防止凝胶衬套30a大幅变形和防振特性劣化。
41.四个磁铁25设置于第二基板22的与设置有凝胶衬套30a的一侧相反一侧的面。另外，如图2所示，四个磁铁25位于设置于第一基板21的四角的间隔件24与凝胶衬套30a、30b、30c、30d之间并被螺纹固定。利用设置于第二基板22的四个磁铁25，能够将惯性测量装置1设置于测定对象的装置或建筑物的壳体。
42.根据以上叙述的本实施方式的惯性测量装置1，作为弹性部件发挥功能的凝胶衬套30a、30b、30c、30d配置于两个间隔件24之间，且配置于传感器单元10与第二基板22之间。由此，即使在室外设置惯性测量装置1的情况下，凝胶衬套30a、30b、30c、30d的第一部分31由于被传感器单元10遮挡了日光或风雨，因此能够防止暴露于紫外线、风雨或急剧的温度变化而劣化。根据这些结构，能够提供具有较高的防振功能、使基于输入振动的惯性传感器的谐振衰减的检测精度高的惯性测量装置1。
43.另外，惯性测量装置1通过使第一基板21和第二基板22的弹性模量比凝胶衬套30a、30b、30c、30d的弹性模量低，使得第一基板21和第二基板22不易变形，容易调整凝胶衬套30a、30b、30c、30d的按压增减。通过控制基于按压的凝胶衬套30a、30b、30c、30d的压缩量，能够均匀地控制凝胶衬套30a、30b、30c、30d的谐振频率。由此，能够提供控制了凝胶衬套的谐振频率的惯性测量装置1。
44.另外，惯性测量装置1由金属或陶瓷形成第一基板21和第二基板22，从而不易劣化。因此，能够与环境无关地设置惯性测量装置1。另外，由于劣化导致的故障的可能性低，因此能够提供长期可靠性高的惯性测量装置1。
45.对于惯性测量装置1的第一基板21与第二基板22之间的固定，通过四对凝胶衬套30a、30b、30c、30d和螺钉26a、26b、26c、26d进行了固定。由此，能够不易受到旋转振动的影响。另外，即使在用螺钉26a、26b、26c固定了三对凝胶衬套30a、30b、30c的情况下，通过将凝胶衬套30c以及螺钉26c设置在偏离直线b的位置处，由于第一基板21被三点支承，因此也能够不易受到旋转振动的影响。在用两对的凝胶衬套30a、30b和螺钉26a、26b进行了固定的情况下，削减了部件个数，由此能够削减制造成本。
46.另外，本实施方式的凝胶衬套30a、30b、30c、30d配置于四个开孔部211，但并不限定于此。也可以预先设置多个开孔部211，一边确认谐振频率一边在最有效的场所配置凝胶衬套。例如，具有八个开孔部211，从八个中选择几个谐振频率的衰减量大的部位，并用凝胶衬套和螺钉固定第一基板21和第二基板22。这样，能够从多个开孔部211中选择任意的场所，因此能够提供使基于输入振动的惯性传感器的谐振衰减的惯性测量装置1。
47.2.第2实施方式
48.参照图5、图6对第2实施方式的惯性测量装置1以及保持部20a的概略结构进行说明。另外，对与上述实施方式相同的结构部件标注相同的标号，有时省略说明。
49.图5是表示第2实施方式的惯性测量装置1和保持部20a的概略结构的图，图6是表示与惯性测量装置1连接的线缆2的振动特性的图表。
50.如图5所示，在第2实施方式的惯性测量装置1中，传感器单元10连接有线缆2。线缆2被未图示的多个支承台3支承并以不摆动的方式被固定。
51.惯性测量装置1为与上述实施方式相同的结构，因此省略详细的说明。
52.线缆2相对于惯性测量装置1输入输出控制信号、测量信号等通信信号，并且供给电力。
53.支承台3由保持部20a和保持部20a所保持的支承基板29构成。保持部20a为与保持部20相同的结构，代替传感器单元10而保持了支承基板29。保持部20a相当于第二保持部。
54.支承基板29是由铝构成的平板状的基板，与第一基板21对置配置。另外，由于支承基板29与第一基板21的对置的面的形状和面积相同，因此保持部20a的第一基板21与支承基板29保持规定的距离，并且覆盖支承基板29的一个面。在支承基板29中，在与第一基板21所对置的面处于正反关系的面上，利用未图示的粘合带等安装并固定着线缆2。
55.对基于线缆2的摆动的振动特性进行说明。如图6所示，将线缆2固定于支承台3的情况下的振动特性s1与未固定线缆2的情况下的振动特性s2相比，振动的振幅较小，振动的影响较小。
56.这表示，在振动特性s2中，由于未固定线缆2而使线缆2摆动，该振动传播到传感器单元10，由此，惯性测量装置1的测量数据含有谐振噪声。另外，在振动特性s1中，由于线缆2被固定于支承台3而不摆动，因此显示出防止了谐振噪声。
57.另外，由于在固定着线缆2的支承台3设置有保持部20a，因此还能够防止从支承台3的设置场所传递的、与检测对象不同的振动。
58.根据以上叙述的本实施方式的惯性测量装置1以及保持部20a，与传感器单元10连接的线缆2被固定于保持部20a所保持的支承基板29，由此线缆2的振动被抑制，线缆2的谐振振动不易传递到传感器单元10。另外，通过将凝胶衬套30a、30b、30c、30d配置在支承基板29与第二基板22之间，凝胶衬套30a、30b、30c、30d的第一部分31被支承基板29遮挡，能够防止暴露于日光、风雨或急剧的温度变化而劣化。通过这些结构，能够提供具有较高的防振功能且检测精度高的惯性测量装置1。
59.在本方式中，以具有线缆2的惯性测量装置1进行了说明，但在以无线方式进行通信的情况下，使电力供给用线缆与传感器单元10连接，并使电力供给用线缆与电池连接。通过将电池固定于保持部20a或保持部20a所保持的支承基板29，并设置在惯性测量装置1的附近，能够获得与线缆2同样的效果。
60.3.第3实施方式
61.参照图7对第3实施方式的惯性测量装置1a的概略结构进行说明。另外，对与上述实施方式相同的结构部件标注相同的标号，有时省略说明。图7是表示惯性测量装置1a的概略结构的剖视图。
62.惯性测量装置1a具有传感器单元10和保持传感器单元10的保持部20b。传感器单元10为与上述实施方式相同的结构，因此省略说明。
63.惯性测量装置1a的保持部20b代替保持部20的第一基板21而具有第一基板21a。而且，除了保持部20的结构以外，还具有第三基板23、四个凝胶衬套30e以及四个螺钉26e。
64.第三基板23是由铝构成的平板状的基板，形成有包含四个开孔部231的多个孔。第三基板23与传感器单元10对置配置，被位于最外周的四角的间隔件24固定。第三基板23与
传感器单元10的对置的面的形状和面积相同，因此具有规定的距离，传感器单元10位于覆盖第三基板23的一个面的位置。
65.第一基板21a与第三基板23对置，在第一基板21的结构的基础上，在与第三基板23对置的对置面形成有螺纹孔。
66.另外，四个凝胶衬套30e设置成穿过开孔部231且夹着第三基板23，贯通第三基板23和凝胶衬套30e的四个螺钉26e与形成于第一基板21a的螺纹孔螺合，从而固定第三基板23。四个凝胶衬套30e是与凝胶衬套30a、30b、30c、30d相同的结构，因此省略详细的说明。
67.在从传感器单元10侧观察时，惯性测量装置1a设置成夹着第一基板21a的凝胶衬套30a、30c、和夹着第三基板23的两个凝胶衬套30e以及螺钉26a、26c、和2个螺钉26e位于沿着第一基板21a的长边的两个间隔件24之间。并且设置成，夹着第一基板21a的凝胶衬套30b、30d、和夹着第三基板23的两个凝胶衬套30e以及螺钉26b、26d、和2个螺钉26e位于沿着第一基板21a的另一个长边的两个间隔件24之间。具体而言，凝胶衬套30e位于沿着长边的两个凝胶衬套30a、30c之间以及凝胶衬套30b、30d之间。
68.根据以上叙述的本实施方式的惯性测量装置1a，通过设置有凝胶衬套30a、30b、30c、30d的第一基板21a和设置有凝胶衬套30e的第三基板23，防振功能成为二倍，噪声的衰减量成为平方值。由此，能够提供具有较高的防振功能、使基于输入振动的惯性传感器的谐振衰减的检测精度高的惯性测量装置1a。
69.4.第4实施方式
70.参照图8对第4实施方式的惯性测量装置1b的概略结构进行说明。另外，对与上述实施方式相同的结构部件标注相同的标号，有时省略说明。图8是惯性测量装置1b的概略剖视图，与图3对应。
71.惯性测量装置1b具有传感器单元10、保持传感器单元10的保持部20以及罩9。传感器单元10和保持部20是与上述实施方式相同的结构，因此省略详细的说明。
72.罩9以能够装卸的方式固定于保持部20，内包传感器单元10和保持部20。
73.根据以上叙述的本实施方式的惯性测量装置1b，由于对惯性测量装置1b设置有罩9，因此传感器单元10不易受到来自外部热的影响。另外，由于罩9设置于保持部20，因此罩9的振动被保持部20衰减而不易传递至传感器单元10。由此，能够提供一种惯性测量装置1b，其能够抑制由温度变化引起的传感器的输出变动，因此能够在使振动衰减的同时提高传感器的性能。
74.另外，在本实施方式中，将罩9固定于保持部20，但也可以代替保持部20而具有保持部20b。
75.5.第5实施方式
76.参照图9、图10对上述惯性测量装置1向结构物的设置进行说明。图9是表示惯性测量装置的设置例的图，图10是表示惯性测量装置的安装姿势例的图。
77.如图9所示，惯性测量装置1设置于作为结构物的桥梁5，能够将由通过的车辆6产生的桥梁5的挠曲量等作为位移量进行测定。
78.桥梁5由上部结构7和下部结构8构成，上部结构7包含三个地板7a。另外，下部结构8包含桥墩8a和桥台8b。三个地板7a是架设于相邻的桥台8b和桥墩8a、或者相邻的2个桥墩8a中的任意一个的结构。
79.惯性测量装置1通过磁铁25的吸附力吸附于地板7a的上表面、下表面而设置于桥梁5。如图10所示，例如，磁铁25吸附于地板7a的下表面，由此能够以传感器单元10处于下方的姿势将惯性测量装置1设置于地板7a。
80.根据以上叙述的惯性测量装置1向结构物的设置，惯性测量装置1能够通过磁铁25的吸附力而以任意姿势进行设置。不论以何种姿势进行设置，惯性测量装置1都被凝胶衬套30a、30b、30c、30d遮挡，从而能够防止暴露于日光、风雨或急剧的温度变化而劣化，因此能够提供具有较高的防振功能、并使基于输入振动的惯性传感器的谐振衰减的检测精度高的惯性测量装置1。
81.另外，惯性测量装置1由于通过磁铁25的吸附力进行设置，因此与使用螺纹固定或粘接剂进行设置的情况相比，不会对结构物造成损伤，能够容易地进行设置、拆卸。由此，设置场所的选项扩大，容易进行结构物、建筑物的测量。