JP2012093152A - Magnetic gyroscope - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic gyroscope capable of accurately determining whether or not there is an influence from a surrounding magnetic field other than geomagnetism, and preventing accidental output of an inaccurate rotation angle.SOLUTION: A magnetic gyroscope 1 comprises a triaxial magnetic sensor 2 and a triaxial acceleration sensor 3. The triaxial acceleration sensor 3 determines whether a measuring body is in a low speed state or a non-low speed state. Only when the measuring body has been determined to be in a non-low speed state, the triaxial magnetic sensor 2 determines whether or not there is an influence from a surrounding magnetic field other than geomagnetism, using the measurement data of the triaxial magnetic sensor 2. When the measuring body has been determined to be in a low speed state, and when the triaxial magnetic sensor 2 has confirmed the influence from a magnetic field other than geomagnetism, the magnetic gyroscope does not output the rotation angle of the measuring body.

Description

本発明は、3軸磁気センサと3軸加速度センサとを備えた磁気式ジャイロに関する。   The present invention relates to a magnetic gyro provided with a triaxial magnetic sensor and a triaxial acceleration sensor.

被測定体の回転運動を検出するための機器として、図9に示すごとく、互いに直交する3軸方向の磁気を検出することができる3軸磁気センサ93を備えた磁気式ジャイロ91が従来から知られている(下記特許文献1参照)。   As shown in FIG. 9, a magnetic gyro 91 provided with a three-axis magnetic sensor 93 capable of detecting magnetism in three axial directions orthogonal to each other is conventionally known as an apparatus for detecting the rotational movement of a measured object. (See Patent Document 1 below).

この磁気式ジャイロ91は、被測定体92に設けた3軸磁気センサ93を使って、地磁気を磁気ベクトル(Mx,My,Mz)として時系列的に測定する。被測定体92が回転運動をすると、磁気ベクトル(Mx,My,Mz)の測定値が時間的に変化する。磁気式ジャイロ91は、測定した磁気ベクトル(Mx,My,Mz)の時間的変化から被測定体92の回転角度や角速度を算出し、出力する。   The magnetic gyro 91 measures the terrestrial magnetism in time series as a magnetic vector (Mx, My, Mz) by using a triaxial magnetic sensor 93 provided on the measurement object 92. When the measured object 92 rotates, the measured value of the magnetic vector (Mx, My, Mz) changes with time. The magnetic gyro 91 calculates and outputs the rotation angle and angular velocity of the measured object 92 from the temporal change of the measured magnetic vector (Mx, My, Mz).

被測定体92の周囲に磁石が存在しない場合など、3軸磁気センサ93が一様な地磁気のみを測定できる場合には、磁気式ジャイロ91は被測定体92の回転運動を精確に検出することができる。しかしながら、図9に示すごとく、被測定体92の周囲に磁石99等の地磁気以外の磁気発生源が存在し、この磁石99により生じた磁界の影響を受ける場合等、一様な地磁気以外の磁界の影響を3軸磁気センサ93が受けた時は、被測定体92の回転運動を精確に検出することができなくなる。   When the three-axis magnetic sensor 93 can measure only uniform geomagnetism, such as when there is no magnet around the measurement object 92, the magnetic gyro 91 accurately detects the rotational movement of the measurement object 92. Can do. However, as shown in FIG. 9, a magnetic field other than geomagnetism such as a magnet 99 exists around the measured object 92 and is affected by the magnetic field generated by the magnet 99. When the three-axis magnetic sensor 93 is affected by this, the rotational movement of the measured object 92 cannot be accurately detected.

そのため従来の磁気式ジャイロ91は、3軸磁気センサ93が磁石99の影響等を受けている場合には、回転運動の検出結果を出力しないようにしている。3軸磁気センサ93が地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する手段(影響判断手段)としては、例えば特許文献2の請求項10、請求項11に記載の通り、測定した地磁気の絶対値に予め設定した閾値以上の変化がないかによって判断する手法が知られている。以下、その内容について説明する。   Therefore, the conventional magnetic gyro 91 does not output the detection result of the rotational motion when the triaxial magnetic sensor 93 is affected by the magnet 99 or the like. As means for determining whether or not the triaxial magnetic sensor 93 is affected by a magnetic field other than geomagnetism (effect determination means), for example, as measured in claims 10 and 11 of Patent Document 2, the measured geomagnetism is used. There is known a method for determining whether or not there is a change in the absolute value of a value greater than a preset threshold value. The contents will be described below.

まず下記数式を用いて、測定した磁気ベクトル(Mx,My,Mz)の大きさ|M|を算出する。   First, the magnitude | M | of the measured magnetic vector (Mx, My, Mz) is calculated using the following mathematical formula.

Figure 2012093152
Figure 2012093152

地磁気の大きさは測定場所によっては変動するが、通常は大きく移動しない範囲で、継続して測定するのが普通であることから、その値は一定であるとみなすことができるため、3軸磁気センサ93が磁石99等の影響を受けていない場合は、被測定体92(磁気式ジャイロ)がその向きを変えても、磁気ベクトルの方向は変わるが、大きさ|M|は一定とみなすことができる。一方、3軸磁気センサ93が磁石99等の地磁気以外の磁場の影響を受けている場合は、被測定体92と磁石99の位置関係が変化したり、被測定体92の向きが時間変化すると、|M|は時間的に変動することとなる。そのため、異なる2時点t1,t2における|M|の測定値|M1|,|M2|の差Δ|M|を算出し、この差Δ|M|が予め定められた閾値を超えた場合には、3軸磁気センサ93が地磁気の乱れの影響を受けていると判断することができる。これにより、3軸磁気センサ93が地磁気以外の磁界の影響を受けて回転角度等の測定結果が不精確になった場合には、その測定結果を出力しないようにすることができる。   Although the magnitude of the geomagnetism varies depending on the measurement location, it is normally measured continuously within a range that does not move significantly, so the value can be considered constant, so the triaxial magnetism If the sensor 93 is not affected by the magnet 99 or the like, the direction of the magnetic vector will change even if the measured object 92 (magnetic gyroscope) changes its direction, but the magnitude | M | Can do. On the other hand, when the triaxial magnetic sensor 93 is affected by a magnetic field other than geomagnetism such as the magnet 99, the positional relationship between the measured object 92 and the magnet 99 changes or the direction of the measured object 92 changes with time. , | M | varies with time. Therefore, the difference Δ | M | between the measured values | M1 | and | M2 | at two different time points t1 and t2 is calculated, and when this difference Δ | M | exceeds a predetermined threshold value, It can be determined that the three-axis magnetic sensor 93 is affected by the geomagnetic disturbance. As a result, when the measurement result such as the rotation angle becomes inaccurate due to the influence of the magnetic field other than the geomagnetism, the triaxial magnetic sensor 93 can be prevented from outputting the measurement result.

一方、被測定体92は低速で回転することも高速で回転することもある。低速で回転する場合は、測定時間の間隔Δtの間における被測定体92の回転速度の変化は小さく、かつ回転軸に変化があったとしても無視しても計算上大きな影響を生じないこと、また時間Δt内の回転角度も小さくなることから、磁気ベクトルを測定する時間間隔Δt(=t2−t1)を比較的長めに設定したとしても、ほぼ問題なく現実の回転運動状況を精確に把握することができる。ところが、被測定体92が高速で回転する場合は、時間間隔Δtを長めに設定してしまうと、そのΔtの時間内における被測定体92の回転速度の変化と回転軸の変化が無視できなくなるとともに、そのΔt内の回転角度も大きくなってしまうため、被測定体92の回転運動状況を精確に把握することが困難になる。   On the other hand, the measured object 92 may rotate at a low speed or at a high speed. When rotating at a low speed, the change in the rotation speed of the measured object 92 during the measurement time interval Δt is small, and even if there is a change in the rotation axis, it does not cause a large calculational effect even if ignored. Further, since the rotation angle within the time Δt also becomes small, even if the time interval Δt (= t2−t1) for measuring the magnetic vector is set relatively long, the actual rotational motion state can be accurately grasped with almost no problem. be able to. However, when the measured object 92 rotates at a high speed, if the time interval Δt is set longer, the change in the rotational speed of the measured object 92 and the change in the rotation axis within the time Δt cannot be ignored. At the same time, since the rotation angle within Δt also increases, it is difficult to accurately grasp the rotational motion state of the measured object 92.

すなわち、本発明で対象としている磁気式ジャイロはユーザが、携帯電話等の携帯機器を意図的に振り回したような、1000度/秒を超える回転角速度となる場合でも精確に測定可能とすることを目的としている。この場合、1回の振り回しの途中においても回転軸、回転速度は変化し、かつ回転軸を求めないと回転角度を求めることができないことから、数m秒以下の極めて微少時間毎に連続して地磁気ベクトルを測定していく必要があった。   In other words, the magnetic gyroscope targeted by the present invention enables accurate measurement even when the rotational angular velocity exceeds 1000 degrees / second as if the user intentionally swung a portable device such as a mobile phone. It is aimed. In this case, the rotation axis and rotation speed change even during one swing, and the rotation angle cannot be obtained unless the rotation axis is obtained. Therefore, the rotation angle is continuously obtained every minute time of several milliseconds or less. It was necessary to measure the geomagnetic vector.

国際公開公報WO2007/099599International Publication WO2007 / 099599 特開2003−167039号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-167039

しかしながら、時間間隔Δtを短くすると、被測定体92が低速で回転する場合には上記Δ|M|が小さくなるため、上記閾値の設定が難しくなるという問題が生じる。   However, if the time interval Δt is shortened, when the measured object 92 rotates at a low speed, the above Δ | M | becomes small, which causes a problem that it becomes difficult to set the threshold value.

すなわち、低速回転をすることによりΔ|M|が小さくなった場合でも、磁石99等の有無を確認できるようにするためには、Δ|M|の閾値を低く設定する必要がある。しかしながら、3軸磁気センサ93は、オフセット誤差などセンサ自身に内在するノイズを有する場合があるため、閾値を低く設定すると、そのノイズによってΔ|M|が閾値を超えやすくなる。その結果、地磁気以外の磁界の影響を受けていないにも関わらず、受けていると誤って判断する場合が起きやすくなる。   That is, even when Δ | M | becomes small due to low-speed rotation, it is necessary to set the threshold value of Δ | M | low so that the presence or absence of the magnet 99 or the like can be confirmed. However, since the triaxial magnetic sensor 93 may have noise inherent in the sensor itself such as an offset error, if the threshold value is set low, Δ | M | tends to exceed the threshold value due to the noise. As a result, it is easy to erroneously determine that the magnetic field is not affected by a magnetic field other than geomagnetism.

また、閾値を高く設定すると、低速回転の時にΔ|M|が閾値を超えにくくなるため、実際には地磁気以外の磁界の影響を受けているにも関わらず、影響を受けていないと誤って判断する場合が生じやすくなる。   If the threshold value is set high, Δ | M | is difficult to exceed the threshold value during low-speed rotation, so that although it is actually affected by a magnetic field other than geomagnetism, it is mistakenly not affected. Judgment is likely to occur.

また、従来の磁気式ジャイロ91は、図10に示すごとく、被測定体92が回転していない場合であっても、磁石99が被測定体92に近づいた場合等、周辺磁界に時間変化があった場合には、磁気センサにより検出した測定値が当然のごとく変化してしまうことから、あたかも被測定体92が回転しているかのように誤って判断することがあった。ここで、上記閾値が低ければ、上記影響判断手段によって、周辺磁界の存在の影響を判断することができる。しかし、上記閾値を高く設定した場合は、Δ|M|が閾値を超えにくくなるため、3軸磁気センサ93が地磁気以外の磁界の影響を受けていることを認識しにくくなる。そのため、被測定体92が回転していないのに回転していると誤判断し、不精確な回転角度等を出力しやすくなる問題があった。   Further, as shown in FIG. 10, the conventional magnetic gyro 91 has a time change in the peripheral magnetic field even when the measured object 92 is not rotating, such as when the magnet 99 approaches the measured object 92. In such a case, since the measurement value detected by the magnetic sensor changes as a matter of course, it may be erroneously determined as if the measurement object 92 is rotating. Here, if the threshold value is low, the influence determining means can determine the influence of the presence of the peripheral magnetic field. However, when the threshold value is set high, Δ | M | does not easily exceed the threshold value, and therefore it is difficult to recognize that the triaxial magnetic sensor 93 is affected by a magnetic field other than geomagnetism. For this reason, there is a problem that it is easy to output an inaccurate rotation angle or the like by erroneously determining that the measured object 92 is not rotated but rotating.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、地磁気以外の周辺の磁界の影響を受けているか否かを精確に判断でき、不精確な回転角度を誤って出力することを防止できる磁気式ジャイロを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a problem, and can accurately determine whether or not it is affected by a peripheral magnetic field other than geomagnetism, and can prevent erroneous output of an inaccurate rotation angle. It is intended to provide an expression gyro.

本発明は、被測定体に固定された3軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する3軸磁気センサと、
上記3軸直交座標系における加速度ベクトルとして重力加速度を検出する3軸加速度センサと、
上記3軸磁気センサによって時系列的に検出される上記磁気ベクトルのデータ、及び上記3軸加速度センサによって時系列的に検出される上記加速度ベクトルのデータを蓄積するメモリと、
該メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記磁気ベクトルのデータ及び上記加速度ベクトルのデータのうち、少なくとも上記磁気ベクトルのデータに基づいて、上記被測定体の回転角度を算出する回転角度算出手段と、
上記メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記加速度ベクトルのデータに基づいて、上記被測定体が、所定の閾値よりも遅い回転速度にて回転している、もしくは回転していない低速状態か、上記閾値よりも遅くない回転速度にて回転している非低速状態かを判断する回転判断手段と、
該回転判断手段により上記被測定体が上記非低速状態にあると判断された場合に、上記メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記磁気ベクトルのデータに基づいて、上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する影響判断手段と、
該影響判断手段により、上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けていないと判断された場合に、上記回転角度を出力する出力手段とを備え、
上記回転判断手段によって上記被測定体が上記低速状態にあると判断された場合、及び上記影響判断手段により上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断された場合には、上記回転角度を上記出力手段に出力しないよう構成されていることを特徴とする磁気式ジャイロにある(請求項1)。
The present invention includes a three-axis magnetic sensor that detects geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to a measurement object;
A triaxial acceleration sensor for detecting gravitational acceleration as an acceleration vector in the triaxial orthogonal coordinate system;
A memory for storing data of the magnetic vector detected in time series by the triaxial magnetic sensor and data of the acceleration vector detected in time series by the triaxial acceleration sensor;
A rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the object to be measured based on at least the magnetic vector data among the magnetic vector data and the acceleration vector data at two or more different points of time stored in the memory; ,
Based on the acceleration vector data stored at two or more different points in time stored in the memory, the measured object is rotating at a rotation speed slower than a predetermined threshold or is not rotating, A rotation determining means for determining whether or not a non-low speed state is rotating at a rotation speed not slower than the threshold value;
When the rotation determining means determines that the object to be measured is in the non-low speed state, the three-axis magnetic sensor is operated based on the magnetic vector data stored in the memory at two or more different points in time. An impact judging means for judging whether or not it is affected by a magnetic field other than geomagnetism,
Output means for outputting the rotation angle when the influence determination means determines that the three-axis magnetic sensor is not affected by a magnetic field other than the geomagnetism,
When the rotation determining means determines that the measured object is in the low speed state, and when the influence determining means determines that the three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than the geomagnetism. Is a magnetic gyroscope configured not to output the rotation angle to the output means (claim 1).

上記磁気式ジャイロは、重力加速度を加速度ベクトルとして検出する3軸加速度センサを備える。そして、3軸加速度センサによって測定した加速度ベクトルのデータを使って、被測定体が上記低速状態か上記非低速状態かを判断する回転判断手段を備える。このようにすると、3軸加速度センサは磁気の影響を受けないため、被測定体の周囲に磁石等が存在していても、その影響を受けることなく、被測定体が低速状態か非低速状態かを精確に判断することができる。例えば、低速状態にある被測定体に磁石が接近した場合等、周辺磁界が時間変化したときでも、被測定体が回転せず、静止している場合も含め、低速状態であることを精確に判断できる。そのため、周辺磁界の時間変化によって、被測定体が回転せず静止しているにもかかわらず、回転していると誤って、不精確な回転角度の値を出力することを防止できる。   The magnetic gyro includes a triaxial acceleration sensor that detects gravitational acceleration as an acceleration vector. Then, rotation determining means for determining whether the measured object is in the low speed state or the non-low speed state using acceleration vector data measured by the three-axis acceleration sensor is provided. In this way, since the three-axis acceleration sensor is not affected by magnetism, even if a magnet or the like is present around the object to be measured, the object to be measured is in a low speed state or a non-low speed state without being affected by the magnet. Can be determined accurately. For example, even when the surrounding magnetic field changes over time, such as when a magnet approaches a measurement object that is in a low-speed state, the measurement object is accurately in a low-speed state even when it is stationary and not rotating. I can judge. For this reason, it is possible to prevent an incorrect value of the rotation angle from being output erroneously when the object to be measured is rotated even though the object to be measured is stationary without rotating due to the time change of the peripheral magnetic field.

また、上記磁気式ジャイロは、上記回転判断手段により、被測定体が非低速状態であると判断された場合に、磁気ベクトルのデータを使って、3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する影響判断手段を備える。
このようにすると、被測定体がある程度の速度で回転している(非低速状態)場合のみ、地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断することになる。被測定体が非低速状態である時に周囲に磁石等が存在すると、被測定体の回転によって、地磁気以外の磁場により、磁気センサの検出値が変化することから、後述する、磁気の高周波数成分|M|の時間変動が大きくなりやすく、逆に、低速状態である時に周囲に磁石等が存在すると、前記した磁気センサの検出値の変動が非低速状態の場合に比べ小さくなることから、|M|の時間変動が小さくなりやすい。本発明では、被測定体が非低速状態である場合(周囲に磁石等が存在すると|M|の時間変動が大きくなりやすい場合)にのみ、3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かの判断、すなわち|M|が閾値を超えるか否かの判断をするため、低速状態も含め、地磁気以外の磁界の影響の有無を判断する場合と比較すると、該閾値を大きく設定しても、地磁気以外の磁界の影響を受けているにもかかわらず、影響を受けていないと間違って判断する可能性を大幅に低く抑えることができる。そのため、3軸磁気センサにオフセット誤差等のノイズが発生した場合でも、そのノイズによって|M|が閾値を超える不具合が生じにくくなる。その結果、被測定体が地磁気以外の磁界の影響を受けていないのに受けていると誤判断する不具合を防止できる。
In the magnetic gyro, when the rotation determining means determines that the object to be measured is in a non-low speed state, the triaxial magnetic sensor uses the magnetic vector data to influence the magnetic field other than geomagnetism. An impact judging means for judging whether or not it is received is provided.
In this way, only when the measured object is rotating at a certain speed (non-low speed state), it is determined whether or not it is affected by a magnetic field other than geomagnetism. If the object to be measured is in a non-low speed state and there are magnets around it, the detected value of the magnetic sensor changes due to the magnetic field other than the geomagnetism due to the rotation of the object to be measured. The time variation of | M | H tends to be large, and conversely, if a magnet or the like is present in the low speed state, the variation in the detected value of the magnetic sensor is smaller than that in the non-low speed state. The time variation of | M | H tends to be small. In the present invention, the three-axis magnetic sensor affects the influence of a magnetic field other than geomagnetism only when the object to be measured is in a non-low-speed state (when there is a magnet or the like around the time, the time fluctuation of | M | H tends to increase). In order to determine whether or not | M | H exceeds a threshold value, the threshold value is compared with the case of determining whether or not there is a magnetic field other than geomagnetism including a low-speed state. Even if it is set to a large value, it is possible to greatly reduce the possibility of erroneously judging that it is not affected even though it is affected by a magnetic field other than geomagnetism. Therefore, even when noise such as an offset error occurs in the three-axis magnetic sensor, it is difficult to cause a problem that | M | H exceeds the threshold due to the noise. As a result, it is possible to prevent a problem that the measured object is erroneously determined as being received even though it is not affected by a magnetic field other than geomagnetism.

また、本発明では、被測定体が低速状態である場合(周囲に磁石等が存在していても|M|が小さくなりやすい場合)には、3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かの判断をしない。仮に、被測定体が低速状態である場合に上記判断をし、かつ上記閾値を大きく設定すると、周囲に磁石等が存在しても|M|が小さくなりやすいため、|M|が閾値を超えにくくなる。その結果、被測定体が地磁気以外の磁界の影響を受けているのに、誤って受けていないと判断してしまう場合が生じやすくなる。しかしながら、本発明では被測定体が低速状態である場合は、3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かの判断をしないため、このような問題は生じにくい。 Further, in the present invention, when the object to be measured is in a low speed state (when | M | H tends to be small even if a magnet or the like is present in the surroundings), the three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than geomagnetism. Do not judge whether or not. If, by the judgment in the case the object to be measured is low state, and when set large the threshold value, even if there is a magnet or the like around | M | for H tends to be small, | M | H is the threshold It becomes difficult to exceed. As a result, it is easy to determine that the measurement object is not erroneously received even though it is affected by a magnetic field other than the geomagnetism. However, in the present invention, when the object to be measured is in a low speed state, such a problem is unlikely to occur because it is not determined whether the three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than geomagnetism.

以上のごとく、本発明によれば、地磁気以外の周辺の磁界の影響を受けているか否かを精確に判断でき、不精確な回転角度を誤って出力することを防止できる磁気式ジャイロを提供することができる。   As described above, according to the present invention, there is provided a magnetic gyro capable of accurately determining whether or not it is affected by a peripheral magnetic field other than geomagnetism and preventing erroneous output of an inaccurate rotation angle. be able to.

実施例1における、磁気式ジャイロの概念図。1 is a conceptual diagram of a magnetic gyroscope in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、磁気式ジャイロのブロック図。1 is a block diagram of a magnetic gyroscope in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、磁気式ジャイロのフローチャート。2 is a flowchart of a magnetic gyroscope according to the first embodiment. 図3に続くフローチャート。The flowchart following FIG. 実施例1における、3軸磁気センサの斜視図。1 is a perspective view of a triaxial magnetic sensor in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、加速度ベクトルのX成分の変動を表したグラフ。3 is a graph showing a change in an X component of an acceleration vector in the first embodiment. 図6のグラフから抽出した、加速度高周波数成分の変動を表したグラフ。The graph showing the fluctuation | variation of the acceleration high frequency component extracted from the graph of FIG. 実施例1における、加速度高周波数成分の絶対値の変動を表したグラフ。3 is a graph showing a change in an absolute value of an acceleration high frequency component in Example 1. 従来例における、磁気式ジャイロの概念図。The conceptual diagram of the magnetic-type gyro in a prior art example. 従来例における、静止した被測定体に磁石が接近した場合の磁気式ジャイロ。In the conventional example, a magnetic gyro when a magnet approaches a stationary object to be measured.

上記低速状態には、当然の如く、被測定体が回転していない状態も含まれる。また、上記閾値は、適宜設定することができる。例えば、上記閾値を0m/sに加速度センサの測定上避けられない誤差、すなわち、予想されるノイズの大きさ分を加算した程度の極めて0m/sに近い値に設定することにより、被測定体が実質的に回転していない状態のみを上記低速状態とすることができる。そして、このような閾値を採用した場合においては、測定した回転角度を出力しないだけでなく、測定した回転角度の値に関係なく、回転角度を0°として出力したり、静止状態であることを画面に表示する等の手段をとることも可能である。 As a matter of course, the low-speed state includes a state where the measurement object is not rotating. Moreover, the said threshold value can be set suitably. For example, by setting the threshold value to 0 m / s 2 , an error that is unavoidable in the measurement of the acceleration sensor, that is, a value that is very close to 0 m / s 2 , which is the sum of the expected noise magnitude, Only the state in which the measuring body is not substantially rotated can be the low speed state. When such a threshold is adopted, not only the measured rotation angle is not output, but the rotation angle is output as 0 ° regardless of the value of the measured rotation angle, or it is in a stationary state. It is also possible to take means such as displaying on a screen.

また、本発明において、上記回転判断手段は、上記加速度ベクトルのデータから、該加速度ベクトルの変動の周波数が所定の値よりも高い加速度高周波数成分を抽出すると共に、該加速度高周波数成分の絶対値を算出し、該絶対値が予め定められた値よりも大きい場合に、上記被測定体が上記非低速状態であると判断することが好ましい(請求項2)。
加速度ベクトルのデータには、変動の周波数が所定の値よりも低い加速度低周波数成分と、変動の周波数が所定の値よりも高い加速度高周波数成分とが含まれる。このうち所定の値よりも高い加速度高周波数成分は、被測定体の回転運動が原因となって発生するものであるが、所定の値よりも低い加速度低周波数成分は回転運動以外、例えば重力加速度等が原因となって発生する。従って、上記構成にすると、加速度ベクトルのデータから変動の周波数が所定の値よりも低い加速度低周波数成分を除去できるため、被測定体が低速状態か非低速状態かの判断を、より精確に行うことが可能になる。
In the present invention, the rotation determining means extracts an acceleration high-frequency component having a frequency of fluctuation of the acceleration vector higher than a predetermined value from the acceleration vector data, and an absolute value of the acceleration high-frequency component. When the absolute value is larger than a predetermined value, it is preferable to determine that the measured object is in the non-low speed state (claim 2).
The data of the acceleration vector includes an acceleration low frequency component whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value and an acceleration high frequency component whose fluctuation frequency is higher than a predetermined value. Among these, acceleration high frequency components higher than a predetermined value are caused by the rotational motion of the measured object, while acceleration low frequency components lower than the predetermined value are other than rotational motion, for example, gravitational acceleration. This is caused by such reasons. Therefore, with the above configuration, since the acceleration low frequency component whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value can be removed from the acceleration vector data, it is possible to more accurately determine whether the measured object is in the low speed state or the non-low speed state. It becomes possible.

また、上記影響判断手段は、上記磁気ベクトルの絶対値を算出し、該絶対値から、該絶対値の変動の周波数が所定の値よりも高い磁気高周波数成分を抽出すると共に、該磁気高周波数成分が予め定められた範囲を超えた場合に、上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断することが好ましい(請求項3)。
磁気ベクトルの絶対値には、変動の周波数が所定の値よりも低い磁気低周波数成分と、変動の周波数が所定の値よりも高い磁気高周波数成分とが含まれる。このうち磁気高周波数成分は、被測定体の回転運動に伴って、被測定体の固定された磁気センサの各成分の値が変化し、周辺磁界が時間変化することが原因となって発生するものであるが、磁気低周波数成分は周辺磁界の時間変化以外、例えば本来の磁気ベクトルの絶対値、すなわち地磁気ベクトルの絶対値が原因となって発生する。上記構成にすると、磁気ベクトルのデータから地磁気ベクトルの存在により発生する、変動の周波数が所定の値よりも低い磁気低周波数成分を除去できるため、被測定体の周辺磁界の変化を精確に検出できる。そのため、被測定体の回転角度を精確に算出することが可能になる。
The influence determination means calculates an absolute value of the magnetic vector, extracts a magnetic high frequency component having a frequency of fluctuation of the absolute value higher than a predetermined value from the absolute value, and outputs the magnetic high frequency. When the component exceeds a predetermined range, it is preferable to determine that the three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than the geomagnetism (Claim 3).
The absolute value of the magnetic vector includes a magnetic low frequency component whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value and a magnetic high frequency component whose fluctuation frequency is higher than a predetermined value. Among them, the magnetic high frequency component is generated because the value of each component of the magnetic sensor to which the measured object is fixed changes and the surrounding magnetic field changes with time as the measured object rotates. However, the magnetic low frequency component is generated due to, for example, the absolute value of the original magnetic vector, that is, the absolute value of the geomagnetic vector, other than the temporal change of the peripheral magnetic field. With the above configuration, it is possible to remove magnetic low frequency components whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value caused by the presence of the geomagnetic vector from the magnetic vector data, so that it is possible to accurately detect changes in the magnetic field around the measured object. . Therefore, it is possible to accurately calculate the rotation angle of the measured object.

(実施例1)
本発明の実施例にかかる磁気式ジャイロにつき、図1〜図7を用いて説明する。
図1に示すごとく、本例の磁気式ジャイロ1は、3軸磁気センサ2と、3軸加速度センサ3と、メモリ4と、回転角度算出手段5と、回転判断手段6と、影響判断手段7と、出力手段8とを備える。
3軸磁気センサ2は、図5に示すごとく、被測定体に固定された3軸直交座標系10における磁気ベクトルMとして地磁気を検出する。
また、3軸加速度センサ3は、3軸直交座標系10における加速度ベクトルAとして、重力加速度を含む被測定体の加速度を検出する。
Example 1
A magnetic gyro according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the magnetic gyro 1 of this example includes a three-axis magnetic sensor 2, a three-axis acceleration sensor 3, a memory 4, a rotation angle calculation unit 5, a rotation determination unit 6, and an influence determination unit 7. And an output means 8.
As shown in FIG. 5, the triaxial magnetic sensor 2 detects geomagnetism as a magnetic vector M in the triaxial orthogonal coordinate system 10 fixed to the object to be measured.
The triaxial acceleration sensor 3 detects the acceleration of the measurement object including the gravitational acceleration as the acceleration vector A in the triaxial orthogonal coordinate system 10.

図1に示すごとく、メモリ4は、3軸磁気センサ2によって時系列的に検出される磁気ベクトルMのデータ、及び3軸加速度センサ3によって時系列的に検出される加速度ベクトルAのデータを蓄積する。
図3に示すごとく、回転角度算出手段5は、メモリ4に蓄積された異なる2時点以上の磁気ベクトルMのデータ及び加速度ベクトルAのデータのうち、少なくとも磁気ベクトルMのデータに基づいて、被測定体の回転角度θを算出する(ステップS3)。
なお、検出した磁気ベクトルMのデータ又は、磁気ベクトルMと加速度ベクトルAの両方のデータから、回転軸を求め、回転角度を求める方法については、前記特許文献1や、既に本発明者等が出願済みの特開2008−224642号、特願2010−128241号にて明らかにしているので、ここでは説明を省略する。
回転判断手段6は、メモリ4に蓄積された異なる2時点以上の加速度ベクトルAのデータに基づいて、被測定体が、所定の閾値よりも遅い回転速度にて回転している、もしくは回転していない低速状態か、上記閾値よりも遅くない回転速度にて回転している非低速状態かを判断する(ステップS4)。
As shown in FIG. 1, the memory 4 stores the magnetic vector M data detected in a time series by the triaxial magnetic sensor 2 and the acceleration vector A data detected in a time series by the triaxial acceleration sensor 3. To do.
As shown in FIG. 3, the rotation angle calculation means 5 is based on at least the data of the magnetic vector M among the data of the magnetic vector M and the data of the acceleration vector A stored in the memory 4 at two or more different time points. A body rotation angle θ is calculated (step S3).
For the method of obtaining the rotation axis and the rotation angle from the detected magnetic vector M data or both the magnetic vector M and acceleration vector A data, the above-mentioned Patent Document 1 and the present inventors have already filed applications. Since it is clarified in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-224642 and Japanese Patent Application No. 2010-128241, the description is omitted here.
Based on the acceleration vector A data stored at two or more different points in time stored in the memory 4, the rotation determination unit 6 rotates or rotates at a rotation speed slower than a predetermined threshold. It is determined whether there is no low speed state or a non-low speed state rotating at a rotational speed not slower than the threshold value (step S4).

影響判断手段7は、回転判断手段6により被測定体が上記非低速状態であると判断された場合に、メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記磁気ベクトルのデータに基づいて、3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する(ステップS6)。
出力手段8は、影響判断手段7(ステップS6)により、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けていないと判断された場合に、回転角度θを出力する(ステップS9)。
そして、回転判断手段6(ステップS4)によって被測定体が上記低速状態にあると判断された場合、及び影響判断手段7(ステップS6)により3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断された場合には、回転角度θを出力手段8に出力しないよう構成されている。
以下、詳説する。
When the rotation determining means 6 determines that the measured object is in the non-low speed state, the influence determining means 7 is a three-axis magnetic field based on the magnetic vector data stored at two or more different points in time stored in the memory. It is determined whether the sensor is affected by a magnetic field other than geomagnetism (step S6).
The output unit 8 outputs the rotation angle θ when the influence determination unit 7 (step S6) determines that the triaxial magnetic sensor 2 is not affected by a magnetic field other than geomagnetism (step S9).
When the rotation determining means 6 (step S4) determines that the object to be measured is in the low speed state, the influence determining means 7 (step S6) causes the triaxial magnetic sensor 2 to be affected by a magnetic field other than geomagnetism. If it is determined that the rotation angle θ is determined, the rotation angle θ is not output to the output means 8.
The details will be described below.

図2に示すごとく、本例の磁気式ジャイロ1はコンピュータ100を備える。コンピュータ100は、CPU11と、ROM12と、RAM(メモリ)4と、I/O13と、これらを接続するライン14とを備える。ROM12はプログラム12pを記憶している。CPU11がプログラム12pを読み出して実行することにより、本例の回転角度算出手段5、回転判断手段6、影響判断手段7が実現される。また、コンピュータ100には、3軸磁気センサ2、3軸加速度センサ3、出力手段8が接続されている。   As shown in FIG. 2, the magnetic gyro 1 of this example includes a computer 100. The computer 100 includes a CPU 11, a ROM 12, a RAM (memory) 4, an I / O 13, and a line 14 that connects them. The ROM 12 stores a program 12p. When the CPU 11 reads and executes the program 12p, the rotation angle calculation means 5, the rotation determination means 6, and the influence determination means 7 of this example are realized. Further, the computer 100 is connected with a triaxial magnetic sensor 2, a triaxial acceleration sensor 3, and output means 8.

3軸磁気センサ2は、図5に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子20によって構成してある。即ち、3軸磁気センサ2は、3個のマグネト・インピーダンス・センサ素子20を、それぞれの感磁方向が互いに直交する3軸方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)となるように配設することにより、形成してある。また、3軸加速度センサ3は、シリコンを櫛歯状に微細加工した部品を2つ組合せ、加速度の印加によって生じる部品同士の間隙の変化を静電容量の変化として検出する、いわゆるMEMS加速度センサを3軸方向に組み合せてある。なお、図5においては、マグネト・インピーダンス・センサ素子20以外の電子部品や配線は省略してある。   The triaxial magnetic sensor 2 is configured by a magneto-impedance sensor element 20 as shown in FIG. That is, the three-axis magnetic sensor 2 causes the three magneto-impedance sensor elements 20 to be in three-axis directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) in which the respective magnetic sensing directions are orthogonal to each other. It is formed by arranging. Further, the triaxial acceleration sensor 3 is a so-called MEMS acceleration sensor that combines two parts obtained by finely processing silicon in a comb shape and detects a change in the gap between parts caused by application of acceleration as a change in capacitance. They are combined in three axial directions. In FIG. 5, electronic components and wiring other than the magneto-impedance sensor element 20 are omitted.

次に、本例の磁気式ジャイロ1が行う一連の処理の流れを、図3、図4のフローチャートを用いて説明する。図3に示すごとく、磁気式ジャイロ1を起動すると、まずステップS1を処理する。ここでは、3軸磁気センサ2及び3軸加速度センサ3によって測定したデータを入力する。
ステップS1の後、ステップS2に移動する。ステップS2では、後述するステップS5において低速状態と記憶したか、又はステップS7においてエラーと記憶したかを確認する。磁気式ジャイロ1を起動して最初にステップS2を処理する場合はNoと判断し、ステップS3に移動する。
Next, a flow of a series of processes performed by the magnetic gyro 1 of this example will be described using the flowcharts of FIGS. As shown in FIG. 3, when the magnetic gyro 1 is started, step S1 is first processed. Here, data measured by the triaxial magnetic sensor 2 and the triaxial acceleration sensor 3 are input.
After step S1, the process moves to step S2. In step S2, it is confirmed whether the low speed state is stored in step S5 described later or whether an error is stored in step S7. When starting the magnetic gyro 1 and processing step S2 for the first time, it is judged as No and moves to step S3.

ステップS3では、上述した回転角度算出手段5における処理を実行する。すなわち、磁気ベクトルMのデータのみを用いて被測定体の回転角度θを算出するか、又は磁気ベクトルMのデータと加速度ベクトルAのデータを併せて回転角度θを算出する。   In step S3, the process in the rotation angle calculation means 5 mentioned above is performed. That is, the rotation angle θ of the measured object is calculated using only the magnetic vector M data, or the rotation angle θ is calculated by combining the magnetic vector M data and the acceleration vector A data.

ステップS3の後、ステップS4に移動する。ステップS4では、上述した回転判断手段6における処理を実行する。すなわち、メモリ4に蓄積された異なる2時点以上の加速度ベクトルAのデータに基づいて、被測定体が上記低速状態か上記非低速状態かを判断する。
本例では、以下に説明する方法を使用することにより、被測定体が低速状態か非低速状態かを判断する。図6に示すごとく、加速度ベクトル(Ax,Ay,Az)の成分のうち、例えばX成分(Ax)は、変動の周波数が所定の値よりも低い加速度低周波数成分Ax(ゆっくり変動する成分)と、変動の周波数が所定の値よりも高い加速度高周波数成分Ax(早く変動する成分)とを足し合わせた値になる。すなわち、
Ax=Ax+Ax ・・・(2)
である。他の成分(Ay、Az)も同様に、
Ay=Ay+Ay
Az=Az+Az ・・・(3)
である。
After step S3, the process moves to step S4. In step S4, the process in the rotation determination means 6 described above is executed. That is, based on the acceleration vector A data stored at two or more different points in time stored in the memory 4, it is determined whether the measured object is in the low speed state or the non-low speed state.
In this example, the method described below is used to determine whether the object to be measured is in a low speed state or a non-low speed state. As shown in FIG. 6, among the components of the acceleration vector (Ax, Ay, Az), for example, the X component (Ax) is an acceleration low frequency component Ax L (a component that varies slowly) whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value. And an acceleration high frequency component Ax H (a component that fluctuates quickly) whose fluctuation frequency is higher than a predetermined value. That is,
Ax = Ax H + Ax L (2)
It is. Similarly, other components (Ay, Az)
Ay = Ay H + Ay L
Az = Az H + Az L (3)
It is.

本例ではステップS4において、適当な複数時点の加速度ベクトル(Ax,Ay,Az)のデータをデジタルローパスフィルタに通し、加速度低周波数成分(Ax,Ay,Az)を抽出する。その後、下記式に示すごとく、加速度ベクトル(Ax,Ay,Az)から加速度低周波数成分(Ax,Ay,Az)を減算することにより、加速度高周波数成分(Ax,Ay,Az)を抽出する。また、下記式を用いて、加速度高周波数成分(Ax,Ay,Az)の絶対値|A|を算出する。絶対値|A|は、例えば図8に示すごとく、時間的に変動する。算出した絶対値|A|が予め定められた閾値Kよりも大きくなった場合に、被測定体が非低速状態であると判断する。 In this example, in step S4, data of acceleration vectors (Ax, Ay, Az) at appropriate time points are passed through a digital low-pass filter, and acceleration low frequency components (Ax L , Ay L , Az L ) are extracted. Then, as shown in the following formula, the acceleration high frequency components (Ax H , Ay H , Az) are obtained by subtracting the acceleration low frequency components (Ax L , Ay L , Az L ) from the acceleration vector (Ax, Ay, Az). H ) is extracted. Further, the absolute value | A | H of the acceleration high frequency components (Ax H , Ay H , Az H ) is calculated using the following equation. The absolute value | A | H varies with time, for example, as shown in FIG. Calculated absolute value | A | if H is greater than the threshold value K 1 with a predetermined, it is determined that the object to be measured is a non-slow state.

Figure 2012093152
Figure 2012093152

図3に示すごとく、ステップS4では、絶対値|A|が閾値Kよりも小さい場合はNo、すなわち被測定体が低速状態であると判断し、ステップS5に移る。ステップS5では、被測定体が低速状態であると記憶し、回転角度θを出力しない。また、ステップS4において、絶対値|A|が閾値Kよりも大きい場合はYes、すなわち被測定体が非低速状態であると判断し、ステップS6に移動する。
なお、本例では、閾値Kを0m/sに極めて近い値に設定することにより、被測定体が実質的に回転していない状態のみを低速状態としている。
このような0m/sに極めて近い値を閾値とした場合には、絶対値|A|が閾値より小さいということは、被測定体が静止状態であることを意味する。従って、算出した回転角度θを用いずに、強制的に回転角度を0に置換したり、画面上に静止状態である旨の表示をすることができる。
As shown in FIG. 3, in step S4, the absolute value | A | if H is less than the threshold value K 1 is No, i.e. determines that the object to be measured is low state, the procedure proceeds to step S5. In step S5, it memorize | stores that a to-be-measured object is a low speed state, and does not output rotation angle (theta). Further, in step S4, the absolute value | A | if H is greater than the threshold value K 1 is Yes, that is, determines that the object to be measured is a non-slow state, moves to step S6.
In this example, by setting a value very close to the threshold K 1 to 0 m / s 2, it is only state in which the measurement object is not rotating substantially slow state.
When such a value very close to 0 m / s 2 is set as the threshold value, the absolute value | A | H being smaller than the threshold value means that the measured object is in a stationary state. Therefore, without using the calculated rotation angle θ, the rotation angle can be forcibly replaced with 0, or a display indicating that the camera is in a stationary state can be displayed on the screen.

ステップS6では、上記影響判断手段7における処理を行う。すなわち、メモリ4に蓄積された異なる2時点以上の磁気ベクトルMのデータに基づいて、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する。
本例では、以下に説明する方法を使用することにより、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する。まず、メモリ内に保存された複数時点の磁気センサによる磁気ベクトルのデータを用いて、下記式を用いて、磁気ベクトル(Mx,My,Mz)の大きさ|M|の時間変化を算出する。

Figure 2012093152
In step S6, the process in the influence determination means 7 is performed. That is, based on the data of the magnetic vector M stored at two or more different points in time stored in the memory 4, it is determined whether or not the triaxial magnetic sensor 2 is affected by a magnetic field other than geomagnetism.
In this example, the method described below is used to determine whether or not the triaxial magnetic sensor 2 is affected by a magnetic field other than geomagnetism. First, the time change of the magnitude | M | of the magnetic vector (Mx, My, Mz) is calculated by using the following equation using the magnetic vector data stored in the memory by the magnetic sensors at a plurality of points in time.
Figure 2012093152

ここで、|M|の時間変化データは、下記式に示すごとく、変動の周波数が所定の値よりも低い磁気低周波数成分|M|(ゆっくり変動する成分)と、変動の周波数が所定の値よりも高い磁気高周波数成分|M|(早く変動する成分)とを足し合わせた値となる。
|M|=|M|+|M| ・・・(7)
Here, as shown in the following formula, the time change data of | M | has a magnetic low frequency component | M | L (a slowly varying component) whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value and a fluctuation frequency of a predetermined frequency. It is a value obtained by adding the magnetic high frequency component | M | H (component that fluctuates quickly) higher than the value.
| M | = | M | H + | M | L (7)

本例ではステップS6において、メモリ内に保存された複数時点の磁気ベクトルMのデータから|M|を数3により計算し、そのデータをデジタルローパスフィルタに通し、磁気低周波数成分|M|を抽出する。その後、下記式に示すごとく、|M|から主に地磁気を原因として発生する磁気低周波数成分|M|を減算することにより、被測定体の回転運動に伴って生じる周辺磁界の時間変化に相当する磁気高周波数成分|M|のみを抽出する。
|M|=|M|−|M| ・・・(8)
|M|は時間とともに変化するが、地磁気以外の磁界の影響を受けている場合、その変動が大きくなる。従って、当然の如く、その場合には、|M|の最大値もより大きな値となる。
そこで、抽出した磁気高周波数成分|M|が予め定められた閾値Kよりも大きい状態が瞬間的に生じた場合に、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断する。
In step S6 in this example, from the data of the magnetic vector M plural points stored in the memory | M | calculated by the number 3, through the data to digital low-pass filter, magnetic low frequency components | a L | M Extract. After that, as shown in the following formula, by subtracting the magnetic low frequency component | M | L generated mainly due to geomagnetism from | M |, the temporal change of the peripheral magnetic field caused by the rotational motion of the measured object can be reduced. Only the corresponding magnetic high frequency component | M | H is extracted.
| M | H = | M | − | M | L (8)
| M | H changes with time, but when it is affected by a magnetic field other than geomagnetism, the fluctuation becomes large. Therefore, as a matter of course, in this case, the maximum value of | M | H is also a larger value.
Therefore, the extracted magnetic high-frequency components | M | if H is greater than the threshold value K 2 to a predetermined condition occurs instantaneously, 3 the axis magnetic sensor 2 are affected by the magnetic field other than geomagnetism to decide.

図3に示すごとく、ステップS6では、磁気高周波数成分|M|の最新の値が閾値Kよりも大きい場合はYes、すなわち3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断し、ステップS7に移る。ステップS7では、地磁気を正常に測定できていない(エラー)と記憶し、回転角度θを出力しない。ステップS7を処理した後、ステップS8において、時刻t1を記憶する。
また、ステップS6において、磁気高周波数成分|M|の最新の値が閾値Kよりも小さい場合はNo、すなわち3軸磁気センサが地磁気以外の磁界の影響を受けていないと判断し、ステップS9に移動する。
As shown in FIG. 3, in step S6, the magnetic high-frequency component | M | if the latest value of H is greater than the threshold value K 2 is Yes, that is, three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than geomagnetism Judge, and go to step S7. In step S7, it is stored that the geomagnetism cannot be measured normally (error), and the rotation angle θ is not output. After processing step S7, time t1 is stored in step S8.
Further, in step S6, the magnetic high-frequency component | M | if the latest value of H is smaller than the threshold value K 2 is determined No, that is, the three-axis magnetic sensor is not affected by the magnetic field other than geomagnetism, step Move to S9.

ステップS9では、ステップS3で算出した回転角度θを出力する。このように、ステップS4において被測定体が非低速状態であると判断され、かつステップS6において3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けていないと判断された場合のみ、被測定体の回転角度θを出力している。   In step S9, the rotation angle θ calculated in step S3 is output. Thus, only when it is determined in step S4 that the device to be measured is in a non-low speed state, and in step S6, it is determined that the triaxial magnetic sensor 2 is not affected by a magnetic field other than geomagnetism. Is output.

図3に示すごとく、ステップS5、S8、又はS9を行った後は、ステップS1に戻る。ステップS1において、新たな測定データを入力した後、再びステップS2を処理する。上記ステップS5において低速状態と記憶するか、又は上記ステップS7においてエラーと記憶していれば、ステップS2においてYesと判断し、ステップS10に進む。また、低速状態またはエラーと記憶していなければ、ステップS2においてNoと判断し、ステップS3に進む。このように、ステップS5またはステップS7を実行しない限り、ステップS1、S2、S3、S4、S6、S9を繰り返し実行し、回転角度θを出力し続けるようになっている。   As shown in FIG. 3, after performing step S5, S8, or S9, the process returns to step S1. In step S1, after inputting new measurement data, step S2 is processed again. If the low-speed state is stored in step S5 or if an error is stored in step S7, Yes is determined in step S2, and the process proceeds to step S10. If it is not stored as a low speed state or an error, it is determined No in step S2, and the process proceeds to step S3. As described above, unless Step S5 or Step S7 is executed, Steps S1, S2, S3, S4, S6, and S9 are repeatedly executed to continuously output the rotation angle θ.

一方、ステップS2でYesと判断した場合は、図4に示すステップS10に移り、ステップS10にてエラーなのか低速状態なのかを判断し、エラーの場合はステップS11に、低速状態の場合はステップS14に移る。そして、ステップS11では、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けなくなったか否かを判断する。ここでは、磁気高周波数成分|M|の最新の値が閾値K/2よりも小さい場合はYes、すなわち3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けなくなったと判断し、ステップS12に移る。ステップS12では、処理した時刻t2を記憶した後、ステップS13に移る。また、ステップS11で磁気高周波数成分|M|の最新の値が閾値K/2よりも大きい場合はNo、すなわち3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を未だ受けていると判断し、再びステップS1に戻る。
なお、ステップS11における閾値K/2は、ステップS6における閾値Kの半分になっている。これは、ステップS11における閾値がKと同じだと、磁気高周波数成分|M|が少し下がっただけでYes、すなわち3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けなくなったと判断してしまい、信頼性が低くなるからである。なお、本実施例では、一例として閾値を1/2とした例を示したが、この値は、勿論1/2に限定されるものではなく、1倍未満の範囲で信頼性を高められるように適切に調整することができる。
On the other hand, if Yes is determined in step S2, the process proceeds to step S10 shown in FIG. 4 to determine whether there is an error or a low speed state in step S10. If there is an error, the process proceeds to step S11. Move on to S14. In step S11, it is determined whether or not the triaxial magnetic sensor 2 is not affected by a magnetic field other than geomagnetism. Here, the magnetic high-frequency component | M | if the latest value of H is smaller than the threshold value K 2/2 is determined Yes, i.e. 3-axis magnetic sensor 2 is no longer affected by the magnetic field other than geomagnetism, Step S12 Move on. In step S12, the processed time t2 is stored, and then the process proceeds to step S13. The magnetic high-frequency component in step S11 | determined that if the latest value of H is greater than the threshold value K 2/2 is No, that is 3-axis magnetic sensor 2 has received yet the influence of a magnetic field other than geomagnetism | M Then, the process returns to step S1 again.
The threshold K 2/2 in step S11, is half of the threshold K 2 in step S6. This is because if the Same thresholds and K 2 in step S11, the magnetic high-frequency component | is determined that H is Yes only dropped slightly, that is, 3-axis magnetic sensor 2 no longer affected by the magnetic field other than geomagnetism | M This is because the reliability is lowered. In the present embodiment, an example in which the threshold value is halved is shown as an example. However, this value is of course not limited to ½, and the reliability can be improved within a range of less than 1 time. Can be adjusted appropriately.

ステップS13では、上記時刻t1から時刻t2までの間の経過時間(t2−t1)が、所定の値K以上であるか否かを判断する。ステップS13でNo、すなわちt2−t1<Kであると判断した場合はステップS1に戻り、ステップS10、S11、S12、S13を繰り返す。ステップS12でt2を更新し、ステップS13でt2−t1≧Kを満たした場合(Yes)には、地磁気以外の磁界の影響がなくなったと判断し、ステップS14に移る。これは、|M|は時間とともに変動する値であるため、瞬間的に閾値以下になったからといって、地磁気以外の磁界の影響がなくなったとはすぐに判断できないからである。従って、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断した時刻t1をステップS8において記憶してから、|M|が閾値K/2以下となるまでの経過時間(t2−t1)が短すぎる場合には、完全に影響がなくなったとは判断できないため、所定の時間K以上は待機させて、信頼性を高めている。 In step S13, the elapsed time from the time t1 to time t2 (t2-t1) is to determine whether a given value K 3 above. No in step S13, i.e., if it is determined that the t2-t1 <K 3 returns to step S1, and repeats the steps S10, S11, S12, S13. Update the t2 in step S12, in a case filled with t2-t1 ≧ K 3 in step S13 (Yes), it determines that the influence of the magnetic field other than geomagnetism is exhausted, the flow proceeds to step S14. This is because | M | H is a value that fluctuates with time, and it cannot be immediately determined that the influence of a magnetic field other than geomagnetism has disappeared just because the value is instantaneously below the threshold. Accordingly, 3-axis magnetic sensor 2 is a time t1 that is determined to be influenced by the magnetic field other than geomagnetism from the memory in step S8, | M | elapsed time H until a threshold K 2/2 or less ( If t2-t1) is too short, the full effect has disappeared can not be determined, the predetermined time K 3 or more on standby, to enhance the reliability.

ステップS14では、被測定体が非低速状態になったか否かを判断する。ここでは、加速度高周波数成分(Ax,Ay,Az)の絶対値|A|が閾値2K以上であるか否かを判断する。絶対値|A|が閾値2K未満である場合はNo、すなわち被測定体が低速状態であると判断し、ステップS1に戻る。また、絶対値|A|が閾値2K以上である場合はYes、すなわち被測定体が非低速状態であると判断し、ステップS15に移動する。ステップS15では、ステップS5において記憶した低速状態の判断、またはステップS7において記憶したエラーの判断を解除する。
なお、ステップS14における閾値2Kは、ステップS4におけるKの2倍になっている。これは、ステップS14における閾値がKと同じだと、絶対値|A|が少し上がっただけでYes、すなわち被測定体が非低速状態であると判断してしまい、信頼性が低くなるからである。なお、本実施例では、一例として閾値を2倍とした例を示したが、この値は勿論2倍に限定されるものではなく、1倍超の範囲で、信頼性を高められるように、適切に調整することができる。
In step S14, it is determined whether or not the object to be measured is in a non-low speed state. Here, it is determined whether or not the absolute value | A | H of the acceleration high frequency components (Ax H , Ay H , Az H ) is greater than or equal to the threshold value 2K 1 . The absolute value | A | If H is less than the threshold 2K 1 No, i.e. determines that the object to be measured is low state, the flow returns to step S1. The absolute value | A | if H is the threshold value 2K 1 or Yes, that is, determines that the object to be measured is a non-slow state, moves to step S15. In step S15, the determination of the low speed state stored in step S5 or the error determination stored in step S7 is canceled.
The threshold 2K 1 at step S14 is twice of K 1 in step S4. This is because if the Same threshold as K 1 at step S14, the absolute value | A | H is Yes only slightly increased, i.e. cause it is determined that the object to be measured is a non-slow state, the lower the reliability Because. In this embodiment, an example in which the threshold value is doubled is shown as an example, but this value is of course not limited to twice, so that the reliability can be improved in a range exceeding one time. It can be adjusted appropriately.

このように、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁気の影響を受けなくってから所定の時間を経過し(ステップS13)、かつ被測定体が非低速状態であると判断した場合(ステップS14)に、低速状態またはエラーを解除し(ステップS15)、ステップS1に戻るようになっている。これにより、ステップS2〜ステップS9の処理を行えるようになり、回転角度θを出力できるようになる。   As described above, when the predetermined time has elapsed after the triaxial magnetic sensor 2 is not affected by magnetism other than geomagnetism (step S13), and it is determined that the measured object is in a non-low speed state (step S14). In addition, the low speed state or error is canceled (step S15), and the process returns to step S1. As a result, the processing from step S2 to step S9 can be performed, and the rotation angle θ can be output.

次に、本発明の効果を具体的数値を含めた実施例により説明する。本発明の磁気式ジャイロ1は、被測定体が回転軸や回転角速度を時間とともに変化しつつ、瞬間的には1000度/秒を超える高速回転するような場合であっても、瞬間的な回転状況を精確に測定可能とすることを目的としている。勿論常時高速回転するわけではないが、ユーザの使用状況を考えると被測定体がいつから高速回転を開始するかは事前にわからないことから、高速回転中も精確に回転状況を測定可能とするためには、被測定体が高速回転しているか否かに関係なく測定時間の間隔を非常に短時間とする必要がある。一例としてこれを1m秒として実験した。   Next, the effect of the present invention will be described with reference to examples including specific numerical values. The magnetic gyro 1 of the present invention is capable of instantaneous rotation even when the object to be measured rotates at a high speed exceeding 1000 degrees / second instantaneously while changing the rotation axis and the rotation angular velocity with time. The purpose is to enable accurate measurement of the situation. Of course, it does not always rotate at high speed, but considering the user's usage situation, it is not known in advance when the object to be measured starts high-speed rotation, so that the rotation status can be measured accurately even during high-speed rotation. Therefore, it is necessary to make the measurement time interval very short regardless of whether the object to be measured is rotating at high speed or not. As an example, the experiment was performed with 1 ms.

測定時間間隔が1m秒の場合、前記したとおり外部磁場の影響があったとしても、磁気センサの検出値に大きな変動が生じにくいことから、特に変動が生じにくい静止状態であっても外部磁場の影響を判別しようとすると、閾値は5mG程度とする必要が生じる。ところが、磁気センサにはその近くにある磁化された電子部品の影響を受けるため、オフセット補正しているものの、オフセット後においても誤差を5mG以下に押さえることは困難であり、閾値を5mGに設定してしまうと、外部磁場の影響がないにもかかわらず、外部磁場の影響があると間違って判断してしまう可能性が生じる。   When the measurement time interval is 1 msec, even if there is an influence of the external magnetic field as described above, the detection value of the magnetic sensor is unlikely to change greatly. In order to determine the influence, the threshold needs to be about 5 mG. However, since the magnetic sensor is affected by the magnetized electronic component in the vicinity of the magnetic sensor, offset correction is difficult, but it is difficult to suppress the error to 5 mG or less even after offset, and the threshold is set to 5 mG. If there is no external magnetic field, there is a possibility that the external magnetic field may be erroneously determined.

一方で、閾値を予想される最大のオフセット誤差より若干大きい値(例えば34mG)に設定しておくと、今度は外部磁場の影響が生じているにもかかわらず、それを認識できないという不具合が生じる。   On the other hand, if the threshold value is set to a value slightly larger than the maximum expected offset error (for example, 34 mG), there is a problem in that it cannot be recognized despite the influence of the external magnetic field. .

そこで、閾値を34mGとしたままの状態で、さらに加速度センサを用い、その変動の閾値を0.2m/sとし、加速度センサの変動が閾値以下の低速状態では磁気センサから算出した回転角度を出力しない構成と、加速度センサを用いない場合のジャイロ及び、前記した閾値を5mGとしたジャイロの3種類のジャイロを準備し、静止状態において意図的に磁石を近づけ、外部磁界の有無を判断できるかどうかをテストした。なお、磁気ベクトルの検出値に対するローパスフィルターのカットオフ周波数は0.2Hzパタワース特性とし、加速度ベクトルの検出値に対するローパスフィルターのカットオフ周波数は0.5Hzとして実験を行った。 Therefore, the acceleration sensor is further used with the threshold value kept at 34 mG, the fluctuation threshold value is set to 0.2 m / s 2, and the rotation angle calculated from the magnetic sensor is set at a low speed state where the fluctuation of the acceleration sensor is equal to or less than the threshold value. Is it possible to determine the presence of an external magnetic field by preparing three types of gyros: a configuration that does not output, a gyro when the acceleration sensor is not used, and a gyro with the above-described threshold value of 5 mG, and intentionally approaching the magnet in a stationary state? I tested it. The experiment was performed with the cut-off frequency of the low-pass filter for the detected value of the magnetic vector being 0.2 Hz Putterworth characteristic and the cut-off frequency of the low-pass filter for the detected value of the acceleration vector being 0.5 Hz.

この結果、磁気ベクトル変動の閾値が5mGのままの磁気式ジャイロは磁石を近づけた場合に外部磁場の影響ありと判断することは勿論であるが、磁石を近づけない状態であっても常にではないが、回転角度を出力しない状態が起きることが判明した。   As a result, the magnetic gyroscope with the magnetic vector fluctuation threshold value of 5 mG is of course judged to have the influence of the external magnetic field when the magnet is brought close, but it is not always possible even when the magnet is not brought close. However, it has been found that a state in which the rotation angle is not output occurs.

また、磁気ベクトルの閾値を34mGとし、加速度センサを用いていない磁気式ジャイロは、磁石を近づけない状態で回転角度を出力しないという状態が起きることはなかったが、意図的に磁石を近づけた場合でも、外部磁場の影響を判断できず、回転角度を出力し続ける場合が生じることが判明した。   The magnetic gyroscope with a magnetic vector threshold of 34 mG and no acceleration sensor does not cause a state in which the rotation angle is not output when the magnet is not brought close, but when the magnet is intentionally brought close However, it was found that the influence of the external magnetic field could not be determined, and the rotation angle could continue to be output.

これに対し、磁場ベクトル変動の閾値を34mGとし、さらに加速度センサを用いた磁気式ジャイロでは磁石を近づけない場合では確実に回転角度を出力し続け、かつ磁石を近づけると確実に回転角度の出力が停止し、正常に動作することが確認できた。   On the other hand, the magnetic field gyroscope using an acceleration sensor with a magnetic field vector fluctuation threshold value of 34 mG continues to output the rotation angle reliably when the magnet is not brought close, and when the magnet is brought closer, the rotation angle is reliably output. It was confirmed that it stopped and operated normally.

次に、本例の作用効果について説明する。本例の磁気式ジャイロ1は、図1に示すごとく、重力加速度を加速度ベクトルAとして検出する3軸加速度センサ3を備える。また、図1、図3に示すごとく、3軸加速度センサ3によって測定した加速度ベクトルAのデータを使って、被測定体が低速状態か非低速状態かを判断する回転判断手段6(ステップS4)を備える。このようにすると、3軸加速度センサ3は磁気の影響を受けないため、被測定体の周囲に磁石等が存在していても、その影響を受けることなく、被測定体が低速状態か非低速状態かを精確に判断することができる。例えば、低速状態にある被測定体に磁石が接近した場合等、周辺磁界が時間変化したときでも、被測定体が低速状態であることを精確に判断できる。そのため、周辺磁界の時間変化によって、被測定体が回転していると誤って出力することを防止できる。   Next, the function and effect of this example will be described. The magnetic gyro 1 of this example includes a triaxial acceleration sensor 3 that detects gravitational acceleration as an acceleration vector A, as shown in FIG. Further, as shown in FIGS. 1 and 3, rotation determination means 6 for determining whether the object to be measured is in a low speed state or a non-low speed state using data of the acceleration vector A measured by the triaxial acceleration sensor 3 (step S4). Is provided. In this way, since the triaxial acceleration sensor 3 is not affected by magnetism, even if a magnet or the like is present around the object to be measured, the object to be measured is in a low speed state or a non-low speed without being affected by the magnet. It is possible to accurately determine whether it is in a state. For example, even when the surrounding magnetic field changes with time, such as when a magnet approaches a measurement object in a low speed state, it can be accurately determined that the measurement object is in a low speed state. Therefore, it is possible to prevent erroneous output when the measured object is rotating due to the temporal change of the peripheral magnetic field.

また、本例の磁気式ジャイロ1は、回転判断手段6(ステップS4)において、被測定体の回転運動が非低速状態であると判断された場合に、磁気ベクトルMのデータを使って、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する影響判断手段7(ステップS6)を備える。
このようにすると、被測定体がある程度の速度で回転している(非低速状態)場合のみ、地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断することになる。上述したように、被測定体が非低速状態にある時に周囲に磁石等が存在すると、|M|が大きくなりやすく、低速状態にある時に周囲に磁石等が存在すると|M|が小さくなりやすい。本例では、被測定体が非低速状態にある場合(周囲に磁石等が存在すると|M|が大きくなりやすい場合)にのみ、3軸磁気センサ2が磁界の影響を受けているか否かの判断、すなわち|M|が閾値Kを超えるか否かの判断をするため、低速状態も含めて、地磁気以外の磁界の影響の有無を判断する場合と比較すると、閾値Kを大きく設定することができる。そのため、3軸磁気センサ2にノイズが発生した場合でも、そのノイズによって|M|が閾値Kを超える不具合が生じにくくなる。その結果、被測定体が地磁気以外の磁界の影響を受けていないのに受けていると誤判断する不具合を防止できる。
In addition, the magnetic gyro 1 of this example uses the data of the magnetic vector M when the rotation determining means 6 (step S4) determines that the rotational motion of the measured object is in a non-low speed state. An influence determining means 7 (step S6) is provided for determining whether the axial magnetic sensor 2 is affected by a magnetic field other than geomagnetism.
In this way, only when the measured object is rotating at a certain speed (non-low speed state), it is determined whether or not it is affected by a magnetic field other than geomagnetism. As described above, if there is a magnet or the like around the object to be measured in the non-low speed state, | M | H tends to increase, and if there is a magnet or the like around in the low speed state, | M | H becomes small. Prone. In this example, whether or not the three-axis magnetic sensor 2 is affected by the magnetic field only when the object to be measured is in a non-low-speed state (when there is a magnet or the like, | M | H tends to increase). determination, i.e. | M | for H to determine whether or not more than the threshold value K 2, the low-speed state is also included, as compared to the case of determining the presence or absence of influence of a magnetic field other than geomagnetism, increase the threshold value K 2 Can be set. Therefore, even if noise occurs in the 3-axis magnetic sensor 2, by the noise | M | H hardly occurs a defect that exceeds the threshold value K 2. As a result, it is possible to prevent a problem that the measured object is erroneously determined as being received even though it is not affected by a magnetic field other than geomagnetism.

また、本例では、被測定体が低速状態にある場合(周囲に磁石が存在していても|M|が小さくなりやすい場合)には、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かの判断をしない。仮に、被測定体が低速状態にある場合に上記判断をし、かつ閾値Kを大きく設定すると、周囲に磁石が存在しても|M|が小さくなりやすいため、|M|が閾値Kを超えにくくなる。その結果、被測定体が地磁気以外の磁界の影響を受けているのに、誤って受けていないと判断してしまう場合が生じやすくなる。しかしながら、本例では被測定体が低速状態である場合は、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かの判断をしないため、このような問題は生じにくい。 Further, in this example, when the object to be measured is in a low-speed state (when | M | H tends to be small even if a magnet is present in the surroundings), the triaxial magnetic sensor 2 is affected by a magnetic field other than geomagnetism. Do not judge whether or not. If, by the judgment when the object to be measured is in a low speed state, and if the threshold value K 2 is set large, even if there is a magnet around | M | for H tends to be small, | M | H is the threshold less likely to exceed the K 2. As a result, it is easy to determine that the measurement object is not erroneously received even though it is affected by a magnetic field other than the geomagnetism. However, in this example, when the object to be measured is in a low speed state, such a problem is unlikely to occur because the three-axis magnetic sensor 2 does not determine whether or not it is affected by a magnetic field other than geomagnetism.

また、本例の回転判断手段6(ステップS4)は、加速度ベクトルAのデータから、該加速度ベクトルAの変動の周波数が所定の値よりも高い加速度高周波数成分(Ax,Ay,Az)を抽出する。そして、加速度高周波数成分(Ax,Ay,Az)の絶対値|A|を算出し、該絶対値|A|が予め定められた閾値Kよりも大きい場合に、被測定体が非低速状態であると判断する。
加速度ベクトルのデータには、変動の周波数が所定の値よりも低い加速度低周波数成分(Ax,Ay,Az)と、上記加速度高周波数成分(Ax,Ay,Az)とが含まれる。このうち加速度高周波数成分は、被測定体の回転運動が原因となって発生するものであるが、加速度低周波数成分は回転運動以外、具体的には重力加速度等が原因となって発生する。上記構成にすると、加速度ベクトルAのデータから重力加速度を原因として発生する加速度低周波数成分を除去できるため、残りのデータは被測定体の回転運動が原因となって発生する加速度高周波数成分のみとなることから、被測定体が低速状態か非低速状態かの判断を、より精確に行うことが可能になる。
Further, the rotation determining means 6 (step S4) of the present example uses acceleration high frequency components (Ax H , Ay H , Az H ) from the acceleration vector A data, where the frequency of fluctuation of the acceleration vector A is higher than a predetermined value. ). Then, the absolute value of the acceleration high-frequency component (Ax H, Ay H, Az H) | A | calculates the H, the absolute value | A | if H is greater than the threshold value K 1 with a predetermined, measured Judge that the body is in a non-low speed state.
The acceleration vector data includes an acceleration low frequency component (Ax L , Ay L , Az L ) whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value and the acceleration high frequency component (Ax H , Ay H , Az H ). included. Among them, the acceleration high frequency component is generated due to the rotational motion of the measured object, while the acceleration low frequency component is generated due to gravity acceleration or the like other than the rotational motion. With the above configuration, since the acceleration low frequency component generated due to the gravitational acceleration can be removed from the acceleration vector A data, the remaining data includes only the acceleration high frequency component generated due to the rotational motion of the measured object. Therefore, it is possible to more accurately determine whether the object to be measured is in the low speed state or the non-low speed state.

また、本例の影響判断手段7(ステップS6)は、磁気ベクトルMの絶対値|M|の時間変化を算出し、該絶対値|M|の時間変化データから、該絶対値|M|の変動の周波数が所定の値よりも高い磁気高周波数成分|M|を抽出する。そして、該磁気高周波数成分|M|が予め定められた閾値Kよりも大きい状態が瞬間的に生じた場合に、3軸磁気センサ2が地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断する。
磁気ベクトルMの絶対値|M|には、変動の周波数が所定の値よりも低い磁気低周波数成分|M|と、上記磁気高周波数成分|M|とが含まれる。このうち磁気高周波数成分|M|は、被測定体の回転運動に伴って、周辺磁界が時間変化することが原因となって発生するものであるが、磁気低周波数成分|M|は周辺磁界の時間変化以外、すなわち地磁気ベクトルの絶対値が原因となって発生する。上記構成にすると、磁気ベクトルMのデータから地磁気ベクトルの存在により発生する磁気低周波数成分|M|を除去できるため、残りのデータは周辺磁界の変化によって発生する磁気高周波数成分のみとなることから、被測定体の周辺磁界の変化を精確に検出できる。そのため、地磁気以外の磁界の影響がなく、被測定体の回転角度を精確に算出することが可能かどうかの判断を精確に行うことができる。
Further, the influence determining means 7 (step S6) of this example calculates a time change of the absolute value | M | of the magnetic vector M, and from the time change data of the absolute value | M |, the absolute value | M | A magnetic high frequency component | M | H having a fluctuation frequency higher than a predetermined value is extracted. The magnetic nobility frequency components | determined that if H is greater than the threshold value K 2 to a predetermined state is instantaneously generated, three-axis magnetic sensor 2 are affected by the magnetic field other than geomagnetism | M To do.
The absolute value | M | of the magnetic vector M includes a magnetic low-frequency component | M | L whose fluctuation frequency is lower than a predetermined value and the magnetic high-frequency component | M | H. Among them, the magnetic high frequency component | M | H is generated due to the time-dependent change of the peripheral magnetic field with the rotational movement of the measured object, while the magnetic low frequency component | M | L is Other than the time change of the surrounding magnetic field, that is, the absolute value of the geomagnetic vector occurs. With the above configuration, since the magnetic low frequency component | M | L generated by the presence of the geomagnetic vector can be removed from the magnetic vector M data, the remaining data is only the magnetic high frequency component generated by the change in the peripheral magnetic field. Therefore, it is possible to accurately detect a change in the magnetic field around the object to be measured. Therefore, it is possible to accurately determine whether there is no influence of a magnetic field other than geomagnetism and whether the rotation angle of the measured object can be accurately calculated.

また、本例の3軸磁気センサ2は、図5に示すごとく、互いに直交する3軸方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)に配設されたマグネト・インピーダンス・センサ素子20から構成されている。
マグネト・インピーダンス・センサ素子20は、感度が高い磁気センサであるため、地磁気を検出しやすいが、低速状態にある被測定体に接近した物体が僅かの磁気しか帯びていないような場合であっても、磁界の変化を検出してしまう。そのため、仮に本発明を適用しなかったとすると、静止状態に近いような低速状態にある被測定体に僅かしか磁気を帯びていない物体が接近した場合であっても、被測定体が実際に回転している速度と比べて大きく回転していると間違って判断する可能性が生じ、不精確な回転角度を出力しやすくなる。
しかしながら本例では、加速度ベクトルのデータを使って、被測定体が低速状態であると判断した場合には、磁気センサにより測定した磁気ベクトルデータより算出した回転角度を出力しないため、このような問題は起きにくい。そのため本例は、マグネト・インピーダンス・センサ素子20からなる3軸磁気センサ2を使った場合に生じやすい上記問題を防止しつつ、高感度であるマグネト・インピーダンス・センサ素子20の利点を充分に活かすことができる。
Further, as shown in FIG. 5, the triaxial magnetic sensor 2 of the present example includes a magneto-impedance sensor element 20 disposed in three axial directions (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction) orthogonal to each other. It is configured.
The magneto-impedance sensor element 20 is a magnetic sensor having a high sensitivity, so that it is easy to detect geomagnetism, but an object approaching the measurement object in a low-speed state has a slight magnetism. However, it detects a change in the magnetic field. Therefore, if the present invention is not applied, the measured object actually rotates even when an object that is slightly magnetized approaches the measured object in a low-speed state that is close to a stationary state. There is a possibility that it is erroneously determined that the rotation is larger than the speed at which the rotation is performed, and it is easy to output an inaccurate rotation angle.
However, in this example, when it is determined that the measured object is in a low speed state using the acceleration vector data, the rotation angle calculated from the magnetic vector data measured by the magnetic sensor is not output. Is hard to get up. For this reason, this example makes full use of the advantages of the high-sensitivity magneto-impedance sensor element 20 while preventing the above-mentioned problems that are likely to occur when the three-axis magnetic sensor 2 comprising the magneto-impedance sensor element 20 is used. be able to.

以上のごとく、本例によれば、地磁気以外の周辺の磁界の影響を受けているか否かを精確に判断でき、不精確な回転角度を誤って出力することを防止できる磁気式ジャイロを提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to accurately determine whether or not it is affected by a surrounding magnetic field other than geomagnetism, and to provide a magnetic gyro capable of preventing erroneous output of an inaccurate rotation angle. be able to.

1 磁気式ジャイロ
2 3軸磁気センサ
3 3軸加速度センサ
4 メモリ
5 回転角度算出手段
6 回転判断手段
7 影響判断手段
8 出力手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic gyro 2 3-axis magnetic sensor 3 3-axis acceleration sensor 4 Memory 5 Rotation angle calculation means 6 Rotation judgment means 7 Influence judgment means 8 Output means

Claims (3)

被測定体に固定された3軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する3軸磁気センサと、
上記3軸直交座標系における加速度ベクトルとして重力加速度を検出する3軸加速度センサと、
上記3軸磁気センサによって時系列的に検出される上記磁気ベクトルのデータ、及び上記3軸加速度センサによって時系列的に検出される上記加速度ベクトルのデータを蓄積するメモリと、
該メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記磁気ベクトルのデータ及び上記加速度ベクトルのデータのうち、少なくとも上記磁気ベクトルのデータに基づいて、上記被測定体の回転角度を算出する回転角度算出手段と、
上記メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記加速度ベクトルのデータに基づいて、上記被測定体が、所定の閾値よりも遅い回転速度にて回転している、もしくは回転していない低速状態か、上記閾値よりも遅くない回転速度にて回転している非低速状態かを判断する回転判断手段と、
該回転判断手段により上記被測定体が上記非低速状態にあると判断された場合に、上記メモリに蓄積された異なる2時点以上の上記磁気ベクトルのデータに基づいて、上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けているか否かを判断する影響判断手段と、
該影響判断手段により、上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けていないと判断された場合に、上記回転角度を出力する出力手段とを備え、
上記回転判断手段によって上記被測定体が上記低速状態にあると判断された場合、及び上記影響判断手段により上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断された場合には、上記回転角度を上記出力手段に出力しないよう構成されていることを特徴とする磁気式ジャイロ。
A three-axis magnetic sensor for detecting geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to the measurement object;
A triaxial acceleration sensor for detecting gravitational acceleration as an acceleration vector in the triaxial orthogonal coordinate system;
A memory for storing data of the magnetic vector detected in time series by the triaxial magnetic sensor and data of the acceleration vector detected in time series by the triaxial acceleration sensor;
A rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the object to be measured based on at least the magnetic vector data among the magnetic vector data and the acceleration vector data at two or more different points of time stored in the memory; ,
Based on the acceleration vector data stored at two or more different points in time stored in the memory, the measured object is rotating at a rotation speed slower than a predetermined threshold or is not rotating, A rotation determining means for determining whether or not a non-low speed state is rotating at a rotation speed not slower than the threshold value;
When the rotation determining means determines that the object to be measured is in the non-low speed state, the three-axis magnetic sensor is operated based on the magnetic vector data stored in the memory at two or more different points in time. An impact judging means for judging whether or not it is affected by a magnetic field other than geomagnetism,
Output means for outputting the rotation angle when the influence determination means determines that the three-axis magnetic sensor is not affected by a magnetic field other than the geomagnetism,
When the rotation determining means determines that the measured object is in the low speed state, and when the influence determining means determines that the three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than the geomagnetism. The magnetic gyro is configured not to output the rotation angle to the output means.
請求項1において、上記回転判断手段は、上記加速度ベクトルのデータから、該加速度ベクトルの変動の周波数が所定の値よりも高い加速度高周波数成分を抽出すると共に、該加速度高周波数成分の絶対値を算出し、該絶対値が予め定められた値よりも大きい場合に、上記被測定体が上記非低速状態であると判断することを特徴とする磁気式ジャイロ。   In Claim 1, the said rotation judgment means extracts the acceleration high frequency component from which the frequency of the fluctuation | variation of this acceleration vector is higher than a predetermined value from the data of the said acceleration vector, and uses the absolute value of this acceleration high frequency component. A magnetic gyro comprising: calculating and determining that the measured object is in the non-low speed state when the absolute value is greater than a predetermined value. 請求項1または請求項2において、上記影響判断手段は、上記磁気ベクトルの絶対値を算出し、該絶対値から、該絶対値の変動の周波数が所定の値よりも高い磁気高周波数成分を抽出すると共に、該磁気高周波数成分が予め定められた範囲を超えた場合に、上記3軸磁気センサが上記地磁気以外の磁界の影響を受けていると判断することを特徴とする磁気式ジャイロ。   3. The influence determination means according to claim 1, wherein the influence determination means calculates an absolute value of the magnetic vector, and extracts a magnetic high frequency component having a frequency of fluctuation of the absolute value higher than a predetermined value from the absolute value. In addition, when the magnetic high frequency component exceeds a predetermined range, it is determined that the three-axis magnetic sensor is affected by a magnetic field other than the geomagnetism.
JP2010239237A 2010-10-26 2010-10-26 Magnetic gyro Expired - Fee Related JP5560413B2 (en)

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