JPH03257373A - 角速度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、検出器本体に作用する角速度を電気的に検出
する角速度検出器に関する。

従来技術 一般に、この種の角速度検出器としては、検出器本体に
角速度運動が加わったときのガス流の偏向を感温素子対
によって検出するガス式によるもの、あるいは検出器本
体に角速度運動が加わったときのピエゾ素子対の共振周
波数の変化を検出するピエゾ式によるものなどがあるが
、感温素子やピエゾ素子などのセンサ自体の特性が温度
変化や経時変化などによって変動して、その変動が角速
度検出の誤差要因となっている。

すなわち、二、のような角速度検出器では、検出器本体
に角速度運動が何ら加わらないのにもかかわらず、一対
１．こ設けられる感温素子やピエゾ素子などのセンサ素
子の特性のばらつきなどに起因した出力分が生しｒＬｔ
い、それが角速度検出の誤差となるために８その出力分
を角速度検出信号からオフセットさせる必要がある。

しかして、従来では、そのオフセットの出力分が検出器
の内部温度の変化に応じて変動するものであるため、検
出器本体をヒータによって強制加熱して、その内部温度
を温度センサによって検出した温度が常に予め設定され
た温度になるようにヒータの加熱制御を行わせて、その
設定温度に応じた所定のオフセット値を用いて角速度検
出信号３− のオフセット補正を行わせるようにしている。

しかし、このようなヒータによる加熱制御手段をとるの
では、検出器の内部温度が設定温度に立ち上がるまでの
あいだ時間を要して、その間、角速度検出信号のオフセ
ット補正を行わせることができないという問題がある。

旦煎 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、検出器の
内部温度が常に設定温度となるようにヒータによる加熱
制御を行わせる際、そのヒータ加熱による温度立上げの
直後から角速度検出信号のオフセット補正を高精度に行
わせることができるようにした角速度検出器を提供する
ものである。

璽遥 本発明は、その目的を遠戚するため、予め温度に応じた
オフセット値の特性が設定されたテーブルを用意してお
き、ヒータ加熱による温度立上げの期間中、そのテーブ
ルから温度センサによって検出されたカス式角速度検出
器の内部温度に応じたオフセット値を逐次読み出して、
その読み出さ＝４− れたオフセット値を用いて角速度検出信号のオフセット
補正を行わせるようにしている。

また、本発明では、オフセット値を用いて角速度検出信
号のオフセット補正を行わせる際、角速度検出器の経時
変化によるオフセット値の変動をも考慮して、常に最適
なオフセット値が得られるようにしている。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

第２図に、ガス式による角速度検出器本体の一構成例を
示している。

同図の構成にあって、ケーシング８は一端が閉塞され、
他端が開放された筒状のものからなっており、その間刃
端の周縁にはフランジ９が形成されている。また、その
ケーシング８の横断面形状は円周上を等分した３箇所が
内方に向かって突出した隆起条となっており、それらの
隆起条と当接する本体部１１との間に軸方向のガス通路
１０が形成されている。

また、ケーシング８内に収納される本体部１１は、ホル
ダ部１２と首部１３と筒体部１４とからなっており、そ
のホルダ部（２によってケーシング８内に封じ込められ
たガスをシールドするようにしている。ホルダ部１２内
にはポンプ室１５が形成されており、そのポンプ室１５
内にはピエゾプレート１６からなるダイアフラム式のポ
ンプが設けられ、そのポンプ作用によってガスが吐出臼
１７からガス通路１０内に送り出されるようになってい
る。

ガス通路１０内に送り出されたカスは、筒体部１４の端
面の中央部分に形成されたノズル孔１８およびその周囲
に複数形成された整流孔１９からその筒体部１４の内部
に形成されたセンサ室２０内に層流として噴出され、そ
のセンサ室２０の先方に設けられた一対のヒートワイヤ
２１ａ、２］ｂ部分を通過したのちにポンプ室ｉ５に戻
って再びポンプ作用によってガス通路１０内に送り出さ
れるようになっている。

なお、ケーシング８のフランジ９部分には、抵抗ブリッ
ジ回路、増幅器、電源回路などが実装される回路基板２
２が取り付けられている。図中、２３は検出器本体を支
持する支持筒を示している。

一対のヒートワイヤ２１ａ、２１ｂは、第３図に示すよ
うに、ノズル孔１８の中心線０−Ｏに対して左右対象と
なるように配設されており、検出器に何ら横方向の角速
度ωが作用しないときにはノズル孔１８から噴出された
ガスがその中心線Ｏ−〇に沿ってまっすぐ流れて各ヒー
トワイヤ２１ａ、２］、ｂに均等に当たり、その各ヒー
トワイヤ２１ａ、２１ｂに対する放熱量を等しくしてい
る。

このような状態にあって、センサ本体に横方向の角速度
ωが作用すると、その大きさに応じてノズル孔１８から
噴出されたガス流が図中点線で示すように偏向して各ヒ
ートワイヤ２１ａ、２１ｂのところにおいて中心線Ｏ−
Ｏからのずれεを生じ、そのためガス流が一方のヒート
ワイヤ２１ａに多く当たって各ヒートワイヤ２１　ａ　
＋−２１ｂに対する放熱量に差異をきたすことになる。

そして、その放熱量の差異にもとづく各ピー１〜ワイヤ
２１ａ、２１ｂにおける感温出力の差が、７− そのヒートワイヤ２１ａ、２１ｂとともに構成された抵
抗ブリッジ回路（第４図参照）および増幅器を介してと
り出され、そのとり出された信号の極性および大きさに
よって検出器に作用する角速度ωの向きおよび大きさが
検出きれるようになっている。

しかして、その検出された角速度ωを時間積分すること
によって、そのあいだの移動体の進行方向の変化量を求
めることができる。

第４図に、抵抗ブリッジ回路の構成例を示している。図
中、基準抵抗Ｒａ、’Ｒｈは抵抗が既知の基準抵抗、Ｅ
は定電圧電源、ＡＭＰは増幅器である。

また、このようなガス式角速度検出器では、製造上の理
由などからして、一対に設けられるヒートワイヤ２１ａ
、２１ｂの各温度抵抗特性をそろえることが難しく、そ
の特性が第５図に示すようにばらついてしまう。そのた
め、角速度ωが何ら作用しなくても、検出器本体の内部
温度の変化や経時変化などによってブリッジの平衡条件
がくす８− れて出力を生じてしまい、その出力分が角速度ωの検出
誤差の要因になっている。

そのため、第２図に示すように、検出器本体を恒温槽２
４内に入れて、ケーシング８および支持筒２３にそれぞ
れ螺旋状に巻回されたヒータ線２５によって検出器本体
を強制的に加熱し、温度センサ２６によって検出器本体
の内部温度を検出しながら、その検出温度が常に予め設
定された温度となるようにヒータ線２５による加熱の制
御を行わせるようにしている。

そして、その検出器本体の内部が設定温度に保持されて
いる状態において、移動体が停止するたびに、そのとき
の角速度検出器の出力をオフセット値としてメモリに更
新しながら記憶して、そのメモリに記憶されたオフセッ
ト・値にしたがって移動体の移動時における角速度検出
信号のオフセラ１−補正を行わせるようにしている。

しかして、このようなオフセット補正手段によれば、外
部の温度変化の影響を受けることなく、また経時変化の
影響を受けることなく、移動体の進行方向の変化にとも
なう角速度ωを精度良く検出することができるようにな
る。

本発明は、以上のような角速度検出器にあって、特に、
ヒータ線２５に通電を開始してから検出器本体の内部温
度が設定温度に達するまでの間、その間における温度の
変化に応じたオフセット値の特性に再現性があることに
着目し、予め検出器本体に角速度が何ら作用しない移動
体の停止状態時または直進状態時に温度に応じたオフセ
ット値の特性のテーブルを作成しておき、ヒータ線２５
に通電を開始してから検出器本体の内部が設定温度に達
するまでのあいだ、温度センサ２６によって検出された
温度に応じたオフセット値をテーブルから読み出して、
角速度検出信号のオフセット補正を行わせるようにして
いる。

第６図に、ヒータ線２５に通電を開始したときの検出器
本体の内部温度の立上がり特性を示している。ＴＩは通
電開始時の内部温度である。またＴ２は立上がり完了の
設定温度であり、移動体に搭載する際の環境温度を考慮
して７０℃程度に設定されている。

第７図に、その検出器本体の内部温度の立上がりに応じ
たオフセット値の特性を示している。

第８図に、その立上がり時における温度に対するオフセ
ット値の特性を示している。

したがって、本発明によれば、ヒータ線２５に通電を開
始してから検出器本体の内部が設定温度に達するまでの
間にあっても、テーブルを用いて移動体の進行方向の変
化にともなう角速度ωを精度良く検出することができる
ようになる。

第１図に、本発明を具体的に実施するための構成例を示
している。

図中、■はマイクロコンピュータなどからなる信号処理
装置で、検出器本体２の内部に設けられた前記温度セン
サ２６からの温度検出信号Ｔを読み込みながら、その検
出温度が予め設定された温度になるように、前記ヒータ
線２５の駆動回路３に制御指令Ｃ８を与えて、その駆動
制御を行う。

また、信号処理装置Ｉは、移動体の移動速度を検出する
速度センサ４からの速度検出信号Ｖを読１− み込んで、移動体が停止状態にあるか否かを検知し、移
動体が停止状態にあるときの検出器本体２の出力信号Ｔ
および温度検出信号Ｔを読み込んで前記テーブルを作成
し、その作成されたテーブルを不揮発性のメモリ５に登
録する。

また、信号処理装置１は、検出器本体２の内部温度が設
定温度に達した状態で移動体が停止するたびに、そのと
きの出力信号Ｔからオフセット値を得て、その得られた
オフセット値をメモリ５に更新しながら登録する。

さらに、信号処理装置■は、立上がり時の温度検出信号
Ｔに応じてメモリ５に登録されたテーブルから所定のオ
フセット値を読み出して、また設定温度に達したのちに
メモリ５から所定のオフセット値を読み出して、移動体
の移動時に検出器本体２から送られてくる角速度検出信
号Ｔからそのオフセット値を減することによって補正さ
れた角速度信号Ｔ′を出力する。

また、本発明では、温度に応じたオフセット値の特性の
テーブルを作成する際、第６図ないし第１２− ８図に示すように、検出器本体の内部温度が設定温度Ｔ
２に達する直前ではオフセット値の立上がり特性が緩や
かになって、オフセット値が安定しだすことから、その
直前の一定の範囲における温度のサンプリング間隔を密
にして、オフセット値のデータ数を増やすようにしてい
る。

具体的には、設定温度Ｔ２を７０°Ｃに設定する場合、
立上がり特性の比較的急峻な６５℃未満の領域にあって
は０．５℃きざみで温度をサンプリングしてそれぞれ対
応するプリセット値を定め、立」二かり特性が緩やかに
なる６５℃以上の領域にあっては０．１″Ｃきざみで温
度をサンプリングしてそれぞれ対応するプリセット値を
定める。

しかして、このようなテーブル作成手段をとることによ
り、実際の立上がり特性に即したより高精度なオフセッ
ト補正を行わせることができるようになる。

また、本発明では、角速度検出器の経時変化による温度
に応じたオフセット値の特性の変化に対処するため、信
号処理装置１において、移動体が停止状態にあるときの
立上げに際して、温度センサ２６によって検出器本体の
内部温度を検出しながら実際の検出器の出力を求めて、
メモリ５に登録されたテーブルの書換えを行わせるよう
にしている。

その際、移動体の停止期間が短くて、立上げ時の部分的
な温度範囲でしかデータの採取がなされなかった場合に
は、その温度範囲に応じたテーブルの部分的な書換えが
行われる。

その部分書換えは、データの信頼性を高めるために、書
換えの対象となる以前のオフセット値と現在のオフセッ
ト値との差の所定の割合を求めて。

その求められた割合を現在のオフセット値に加減した値
に書き換えるようにしている。

その際、例えば、以前のオフセット値と現在のオフセッ
ト値との平均値を求めて、以前のオフセット値をその平
均値に書き換えるようにする。

また、移動体の停止期間が長くて、立上げ時の全温度範
囲にわたってデータの採取がなされた場合には、無条件
でテーブルをその新しいデータに書き換える。

しかして、このようなテーブル書換え手段をとることに
より、角速度検出器の経時変化の影響を受けることなく
、常に更新された適正なテーブルをもって角速度検出信
号Ｔのオフセット補正を行わせることができるようにな
る。

また、角速度検出器が長期間にわたって使用されずに放
置されていたりすると、角速度検出器の立上げに際して
、検出器本体の内部温度が設定温度Ｔ２に達した時点に
おけるテーブルに設定されたオフセット値が、経時変化
によって現実のオフセット値とかけ離れてしまう場合が
ある。

したがって、検出器本体の内部温度が設定温度Ｔ２に達
したのち、移動体の停止時に検出された実オフセット値
に直ちに切り換えてオフセット補正を行わせるのでは、
その補正量が急激に大きく変化して好ましくない。また
、設定温度Ｔ２に達した時点の直後では、いまだ検出器
本体の内部温度が安定した状態になっておらず、そのと
き検出される実オフセット値が安定していない。

１５− そのため本発明では、信号処理装置ｌにおいて、検出器
本体の内部温度が設定温度Ｔ２に達したのち、その内部
温度が設定温度Ｔ２に安定するまでの所要時間（３０秒
程度）の経過をもって立上げ完了と判断し、その所要時
間のあいだは設定温度Ｔ２に応じてテーブルに設定され
たオフセット値を継続的に使用して、オフセラ１〜補正
を行わせるようにしている。

そして、立上げ完了時点から一定の緩衝時間（例えば３
分程度）を設けて、その緩衝時間のあいだ、以前の移動
体の停止の際に得られてメモリ５に保持されている旧オ
フセット値を用いて、テーブルに設定されたオフセット
値とその旧オフセット値との差が徐々に減少していくよ
うなオフセット値を所定のサンプリング時間（例えば０
．５秒）ごとに逐次演算により求め、その演算により求
められた時間とともに徐々に変化するオフセット値をも
ってオフセット補正を行わせるようにしている。

その際、例えば、第９図に示すように、テープ１６− ルに設定されたオフセット値Ｏｔと旧オフセット値Ｏｏ
との差を減する割合をサンプリング時間ごとに徐々に大
きくしていって、時間の経過にしたがって直線状に変化
するオフセット値の特性■が得られるようにする。

図中、ｔｌは設定温度Ｔ２に達した時点、ｔ２は立上げ
完了時点、Ｗｌは立上げ期間、ｗ２は緩衝期間をそれぞ
れ示している。

１３時点で完全に旧オフセット値００に切り換わったら
、その後に移動体が停止するまでのあいだ、その旧オフ
セット値Ｏｏをもってオフセラ１−補正が行われる。

そして、本発明では、信号処理装置１において、立上げ
完了時点から角速度検出器が完全に安定した動作状態に
なるまでの所要時間（２００分程）を見込んで、その間
、移動体の停止時に得られる実オフセット値と旧オフセ
ット値との差の所定の割合を実オフセット値に加減する
ことによって修正されたオフセット値をもって、オフセ
ット補正を行わせるようにしている。なお、それまでメ
モリ５に登録されている旧オフセット値は、その修正さ
れたオフセット値に書き換えられる。

その際、移動体が停止するまでの時間の経過に応じて、
実オフセット値と旧オフセット値との差の割合を可変に
していく。

例えば、第９図に示すように、立上げ完了時点ｔ２から
角速度検出器が完全に安定した動作状態になるまでの所
要期間Ｗ３のあいだ、１４時点で移動体が最初に停止し
てそのときの実オフセット値０１が得られると、その実
オフセッ１〜値○、と旧オフセット値００との差の５０
％が実オフセッ１〜値０１に加えられて、その修正され
たオフセラ１〜値０１′をもってオフセット補正を行わ
せるようにする。

次に、ｔ５時点で移動体が停止してそのときの実オフセ
ッ１〜値０２が得られると、そのときには時間がかなり
経過しているので、実オフセット値０２と旧オフセット
値００との差の２０％が実オフセット値０２に加えられ
て、その修正されたオフセラ１−値０２′をもってオフ
セット補正を行わせるようにする。

所要期間Ｗ３の経過後のｔ６の時点で移動体が停止する
と、信号処理装置１は、その時点では角速度検出器が完
全に安定した動作状態になっていて、そのとき得られる
実オフセット値０３が最終的な安定値になっているもの
とみなして、そのとき得られた実オフセット値０３をそ
のままメモリ５に登録して、そのメモリ５に登録された
オフセット値０３をもってオフセフｌ−補正を行わせる
ようにする。

このように本発明によれば、立上がり時におけるテーブ
ルを用いたオフセラ１−補正から、立上がり完了後の移
動体の停止時に得られる実オフセット値を用いたオフセ
ット補正への移行を円滑に行わせることができるように
なる。

第】０図に、以上説明した、立上げ時から最終安定時に
至るまでのあいだにおけるオフセラ１−補正の処理のフ
ローを示している。

豊栄 以」二、本発明による角速度検出器にあっては、９ その検出器の内部温度が常に設定温度となるようにヒー
タによる加熱制御を行わせる際、内部温度が設定温度に
立ち上がるまでのあいだにあっても、予め温度に応じた
オフセット値の特性が最適に設定されたテーブルを用い
て角速度検出信号のオフセラ１〜ｉ正を高精度に行わせ
ることができ、立上げの直後から検出器本体に作用する
角速度を精度良く検出することができるという優れた利
点を有している。

また、本発明にあっては、角速度検出器の経時変化によ
るオフセラ１〜値の変動を考慮した最適なオフセラ１へ
値が得られ、経時変化の影響を受けることなく角速度検
出信号のオフセラ１−補正を行わせることができるとい
う優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための具体的な構成例を示す
ブロック図、第２図はガス式角速度検出器本体の一構成
例を示す平断面図、第３図はガス式角速度検出器本体に
角速度が加わったときのガ２０ ス流の偏向状態を示す図、第４図は一対のヒー１へワイ
ヤを用いた抵抗ブリッジ回路の一構成例を示す電気回路
図、第５図は一対に設けられるヒートワイヤの各温度抵
抗特性の一例を示す特性図、第６図はヒータ加熱時にお
ける検出器本体の内部温度の立上がり特性を示す図、第
７図は検出器本体の内部温度の立上がりに応じたオフセ
ラ１〜値の特性図、第８図は立上がり時における温度に
対するオフセット値の特性図、第９図は立上がり時から
最終安定時に至るまでのあいだにおけるオフセラ１〜値
の変化状態を示す特性図、第１０図は立」二げ時から最
終安定時に至るまでのあいだにおけるオフセット補正の
処理のフローチャー１−である。 １・・・信号処理装置　２・・検出器本体　３・・ヒー
タ駆動回路　４・・・速度センサ　５・・不揮発性メモ
リ１５・・・ポンプ室　１８・・・ノズル孔　２］ａ、
２１ｂ・・・ヒー１へワイヤ　２４・・・恒温槽　２５
・・ヒータ線　２６・温度センサ 第 ３ 図 第 図 凶 ｑフ 派 凶 ト 派 杖いや〉Ｌ埋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検出器本体に作用する角速度を電気的に検出する角
   速度検出器において、その検出器本体をヒータにより加
   熱し、その検出器本体の内部温度を温度センサにより検
   出しながら、その検出温度が予め設定された温度になる
   ように前記ヒータの加熱制御を行わせる手段と、検出器
   の内部温度が設定温度になっている状態で、検出器本体
   に角速度が作用していないときの検出器の出力からオフ
   セット値を得て、以後の角速度検出信号のオフセット補
   正を行わせる手段と、検出器の内部温度が一定に立ち上
   がるまでのあいだ、予め温度に応じたオフセット値の特
   性が設定されているテーブルから前記温度センサによる
   検出温度に応じたオフセット値を読み出して、角速度検
   出信号のオフセット補正を行わせる手段とをとるように
   したことを特徴とする角速度検出器。 ２、立上げ時の設定温度に達する直前の一定の範囲にお
   ける温度のサンプリング間隔を密にして、温度に応じた
   オフセット値の特性を設定するようにしたことを特徴と
   する前記第１項の記載による角速度検出器。 ３、検出器本体に角速度が作用していないときの検出器
   の出力から温度に応じたオフセット値を得て、テーブル
   の書換えを行わせる手段をとるようにしたことを特徴と
   する前記第１項の記載による角速度検出器。 ４、立上げ時における部分的な温度範囲にわたって、検
   出器本体に角速度が作用していないときの検出器の出力
   からオフセット値を得て、書換えの対象となる同一の温
   度範囲における先のオフセット値との差の所定の割合を
   求めて、その求められた割合を現在得られているオフセ
   ット値に加減した値をもって、テーブルの書換えを部分
   的に行わせるようにしたことを特徴とする前記第３項の
   記載による角速度検出器。 ５、検出器本体を移動体に搭載し、その移動体の停止時
   にオフセット値を得るようにしたことを特徴とする前記
   第１項の記載による角速度検出器。 ６、検出器の内部温度が設定温度になったときに以前の
   移動体の停止時に得られた旧オフセット値を用いてオフ
   セット補正を行わせるとともに、以後の移動体の停止時
   に得られた実オフセット値と旧オフセット値との差の所
   定の割合を実オフセット値に加減した値をもって、以後
   のオフセット補正を行わせるようにしたことを特徴とす
   る前記第５項の記載による角速度検出器。