JP2016170095A - ジャイロセンサ特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジャイロセンサの雰囲気温度を迅速に変更しながら特性測定が行える装置を提供する。
【解決手段】測定対象となる複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄに外力を付与する回転テーブル部２と、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄが配置された雰囲気の温度を調節するための温調エア供給部３と、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを駆動するための電力供給部４と、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄから出力された信号に基づいて複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの特性を個別に測定する特性測定部５とを備え、回転テーブル部２にはロータリジョイント６とスリップリング７が備えられ、回転テーブル部２の回転体２０には複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄをそれぞれ収納し内部雰囲気と外部雰囲気とを隔離する複数の個別チャンバー９ａ〜９ｄと、ロータリジョイント６を通じて供給された温調エアを複数の個別チャンバー９ａ〜９ｄにそれぞれ分配する分配流路８が備えられる。
【選択図】図１

Description

複数のジャイロセンサに外力を付与しながら特性測定を行う、ジャイロセンサ特性測定装置に関する。

従来より、ジャイロセンサは、角速度センサとも呼ばれ、手ぶれや移動中の姿勢変化を検出する部品として、デジタルカメラやビデオカメラ、スマートフォン、カーナビゲーションなどの機器に組み込まれている。

ジャイロセンサは、個体により出力特性に違いが生じやすいため、ジャイロセンサを回転テーブル上に配置して遠心力（つまり、外力）を加え、予め規定された出力特性が得られているかどうか測定したり、出力特性を補正する係数を算出するための測定（いわゆる、特性測定）が行われている。

そしてに、ジャイロセンサは、高温時や低温時でも所定の出力特性を発揮することが求められているため、恒温槽に内接された回転テーブルや、温度調節ユニットが取り付けられた回転テーブルを用いて、ジャイロセンサの周囲温度を一定に保ちながら特性測定を行う技術が提案されている。（例えば、特許文献１、２）

特開２００６−３０８４１０号公報 特開２０１１−２５７２０３号公報

複数のジャイロセンサを回転テーブルに載置し、回転テーブルを恒温槽内に配置して恒温槽の雰囲気温度を変化させる形態や、回転テーブル全体を温度調節ユニットにて温度変化させる形態では、ある設定温度から次の設定温度に変化させようとしても、回転テーブルの熱容量が大きいため、時間がかかりすぎてしまう。

また、ペルチェ素子とヒートシンク等を用いて、水の循環により温調を行う形態の場合、迅速な温度変化をさせようとすると、ペルチェ素子が急な温度変化に耐えきれず故障してしまうおそれがある。

そこで本発明は、ジャイロセンサの雰囲気温度を迅速に変更しながら特性測定が行える装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
測定対象となる複数のジャイロセンサに外力を付与しながら特性測定を行う装置であって、
複数のジャイロセンサを回転させることで外力を付与する回転テーブル部と、
複数のジャイロセンサが配置された雰囲気の温度を調節するための温調エアを供給する温調エア供給部と、
複数のジャイロセンサを駆動するための駆動電力を供給する電力供給部と、
複数のジャイロセンサから出力された信号に基づいて、複数のジャイロセンサの特性を個別に測定する特性測定部とを備え、
回転テーブル部には、
温調エアを回転テーブル部の回転体側に導入するロータリジョイントと、
駆動電力を回転テーブル部の回転体側に導入するスリップリングが備えられ、
回転テーブル部の回転体には、
複数のジャイロセンサをそれぞれ個別に収納し、内部雰囲気と外部雰囲気とを隔離する、複数の個別チャンバーと、
ロータリジョイントを通じて供給された温調エアを複数の個別チャンバーにそれぞれ分配する分配流路が備えられている、ジャイロセンサ特性測定装置である。

上記態様によれば、回転テーブル上に設置した複数の個別チャンバー内に、特性測定の対象となる複数のジャイロセンサを個別に収納し、特性測定を行う。各個別チャンバーは、熱容量が小さく、高温または低温に温調された空気を一気に流れ込ませることができ、迅速にチャンバー内雰囲気の熱交換を行うことができる。

ジャイロセンサの雰囲気温度を迅速に変更しながら特性測定が行える。

本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図 本発明を具現化する形態の一例の要部を示す図 本発明を具現化する形態の別の一例の要部を示す図

以下に、本発明を実施するための好適な形態について、図を用いながら説明する。
以下各図においては、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向とする。特にＺ方向は矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。また、後述する回転テーブル部２の回転中心となる軸を、回転軸Ｊと表現する。

図１は、本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図であり、本発明に係る特性測定装置１の全体構成を示している。

ここでは、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを特性測定の対象として例示し、説明する。特性測定装置１は、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄに外力を付与しながら、それぞれについて特性測定を行うものである。特性測定装置１は、回転テーブル部２と、温調エア供給部３と、電力供給部４と、特性測定部５とを備えている。また、回転テーブル部２には、ロータリジョイント６と、スリップリング７が備えられ、回転テーブル部２の回転体２０には、分配流路部８と、チャンバー部９が備えられている。

回転テーブル部２は、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを回転させることで外力を付与するものである。回転テーブル部２は、回転軸Ｊ周りに矢印Ｗ方向に回転する回転体２０を備えている。
具体的には、回転テーブル部２は、ダイレクトドライブモータ（図示せず）を備えて構成されている。ダイレクトドライブモータは、回転軸Ｊ周りに回転するロータとステータ（共に図示せず）を備えている。ステータは、特性測定装置１のフレームなど（図示せず）に取り付けられており、ロータには回転体２０が取り付けられている。さらに、このロータと回転体２０の回転中心部には中空穴が設けられている。

温調エア供給部３は、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄが配置された雰囲気の温度を調節するための温調エアを供給するものである。
具体的には、温調エア供給部３は、ヒートポンプ備えたチラーユニット３０を備えて構成されている。チラーユニット３０は、低温に温調されたエアと、高温に温調されたエアとを所定の比率で混合し、所望の温度に調節した温調エアを外部に供給するものである。外部に供給する温調エアの温度の設定や、エア供給のＯＮ／ＯＦＦ制御などは、外部の制御機器から与えられた制御信号により行う。

電力供給部４は、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを駆動するための駆動電力を供給するものである。
具体的には、電力供給部４は、直流安定化電源４０を備えて構成されている。

特性測定部５は、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄから出力された信号に基づいて、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの特性を個別に測定するものである。
具体的には、特性測定部５は、各ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの出力チャンネル数に対応したマルチチャンネルのＡ／Ｄ変換器と、データ記録部を備えて構成されている。

ロータリジョイント６は、温調エアを回転テーブル部２の外部から回転体２０側に導入するものである。ロータリジョイント６は、流体継手の一種で、配管を接続する一端側が他端側に対して回転しつつ、内部にて連通し合っている構造をしている。また、ロータリジョイント６は、滑らかな回転が可能なようにベアリングを備え、回転しても液漏れしないようにシール部を備えている。さらに、ロータリジョイント６は、回転中心部が中空になっている。ロータリジョイント６は、回転テーブル部２のロータと回転体２０の中空穴に取り付けられている。なお、図１に示す形態では、下部側が固定されており、上部側が回転体２０と共に矢印Ｗの方向に回転する。

スリップリング７は、直流安定化電源４０から出力された駆動電力を回転テーブル部２の外部から回転体２０側に導入するものである。スリップリング７は、電気配線を中継し接続する機器の一種で、電気配線を接続する一端側が他端側に対して回転しつつ、内部の摺動接点で導通する構造をしている。スリップリング７は、ロータリジョイント６の中空穴に取り付けられている。なお、図１に示す形態では、下部側が固定されており、上部側が回転体２０と共に矢印Ｗの方向に回転する。

分配流路部８は、ロータリジョイント６を通じて供給された温調エアを、複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄにそれぞれ分配するものである。具体的には、分配流路部８は、２分岐流路８Ａと、２分岐流路８Ｂとを備えている。また、必要に応じて、分配流路部８には、流量調整部８４を備えている。

より具体的には、２分岐流路８Ａは、略Ｔ字形状の配管で構成されており、一方の端部がロータリジョイント６に接続され、流路を２つに分岐されている。また、分岐された流路の長さはそれぞれ均等な長さに設定されており、断面形状も同じである。そして、分岐された各流路の端部は、それぞれ個別チャンバー９Ａ，９Ｂに接続されている。

２分岐流路８Ｂは、略Ｔ字形状の配管で構成されており、一方の端部がロータリジョイント６に接続され、流路を２つに分岐されている。また、分岐された流路の長さはそれぞれ均等な長さに設定されており、断面形状も同じである。そして、分岐された各流路の端部は、それぞれ個別チャンバー９Ｃ，９Ｄに接続されている。

２分岐流路８Ａと２分岐流路８Ｂとは、それぞれ長さ、太さ共に同じになっているため、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄに対して、温調エアを均等に分配して供給することができる。

さらに、各２分岐流路８Ａ，８Ｂには、断熱材が巻き付けられており、流路内部に外気よりも低温の温調エアが供給されても温度上昇が最小限になるように、または高温の温調エアが供給されても温度下降が最小限になるように構成されている。

流量調整部８４は、２分岐流路８Ａ，８Ｂの分岐された各流路を流れる温調エアの流量を調整するものである。具体的には、流量調整部８４は、ボールバルブやニードルバルブなどを用い、流路の断面積を変化させ、流路内を流れる流体の流量を調整するものが例示できる。流量調整部８４は、本発明を必須の構成要素ではないが、分岐された各流路の取り回しの違いなどにより各流路の圧損が異なる場合でも、各流路を流れる温調エアの流量を均等に調整することができる。

チャンバー部９は、複数のジャイロセンサＧａ〜Ｇｄをそれぞれ個別に収納し、内部雰囲気と外部雰囲気とを隔離するものである。チャンバー部９は、複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄで構成されている。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す図であり、本発明の構成要素であるチャンバー部９を構成する個別チャンバー９Ａの内部構造を示している。

個別チャンバー９Ａは、チャンバー本体部９０、フタ部９１、排気部９４、載置台９５を備えている。

チャンバー本体部９０は、フタ部９１と組み合わせて、内部雰囲気と外部雰囲気とを隔離するものである。チャンバー本体部９０は、円筒形状の側壁を備えており、下部が回転体２０に取り付けられている。また、チャンバー本体部９０は、上部の開口部にネジ部９０ｓが設けられている。

フタ部９１は、下面側に凸部が備えられており、この凸部には、ネジ部９１ｓが設けられている。そのため、フタ部９１をチャンバー本体部９０にネジ込むことで、個別チャンバー９Ａの内部雰囲気と外気雰囲気とが自由に往来できない状態（つまり、隔離された状態）となる。

さらに、チャンバー本体部９０の側壁には、温調エア導入口９２が設けられている。温調エア導入口９２には、分配流路部８の分岐流路８Ａの出口端が接続されている。

排気部９４は、個別チャンバー９Ａの内部雰囲気と外気雰囲気とを隔離しつつ、温調エア導入口９２から温調エアが導入されれば、チャンバー９Ａ内部にあったエアを排出するものである。具体的には、排気部９４は、チャンバー本体部９０の側壁であって、温調エア導入口９２から最も離れた位置（いわゆる、対角となる位置）に、排気部９４が設けられている。

載置台９５は、ジャイロセンサＧａの特性測定を行うために載置するものである。載置台９５は、外力が付与されてもジャイロセンサＧａが脱落しないように、ジャイロセンサＧａを固定する部材を備えている。また、載置台９５には、電力線Ｅ１と信号線Ｅ２が接続されている。電力線Ｅ１は、スリップリング７を経由して電力供給部４から供給される、ジャイロセンサＧａの駆動電力を供給するものである。信号線Ｅ２は、ジャイロセンサＧａの出力信号を特性測定部５へ出力するものである。

また、チャンバー本体部９０の内側には、代表温度センサＴＳが備えられている。代表温度センサＴＳは、個別チャンバー９Ａの内部雰囲気の温度を代表して検出し、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄの内部雰囲気もこの温度と同じであるものとして取り扱うためのものである。具体的には、代表温度センサＴＳは、異種金属が接合された熱電対で構成されている。

なお、チャンバー本体部９０、フタ部９１の内部または外部には、断熱材（図示せず）が取り付けられており、個別チャンバー９Ａ内に外気よりも低温の温調エアが供給されても温度上昇が最小限になるように、または高温の温調エアが供給されても温度下降が最小限になるように構成されている。

個別チャンバー９Ａは、この様な構成をしているため、チャンバー内部雰囲気の温度を順次変化させながら、載置されたジャイロセンサＧａを駆動することができる。

個別チャンバー９Ｂ〜９Ｄは、個別チャンバー９Ａと同様、チャンバー内部雰囲気の温度を順次変化させるながら、載置されたジャイロセンサＧｂ〜Ｇｄを駆動するものである。なお、個別チャンバー９Ｂ〜９Ｄは、個別チャンバー９Ａから代表温度センサＴＳを省いた構成をしており、その他は個別チャンバー９Ａと同様の構成をしているため、詳細な説明は省略する。

この様な構成をしているため、特性測定装置１は、複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内にジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを配置し、各チャンバー９Ａ〜９Ｄ内の雰囲気温度を変化させながら、各ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの特性測定をすることができる。そして、各チャンバー９Ａ〜９Ｄ内は、各ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを収容するための最小限の容積に設定することができ、外部から導入する温調エアの入れ替えを迅速に行うことができる。

［別の形態］
なお上述では、チャンバー部９を構成する複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄと、分配流路部８が、各々断熱されている構成を示した。この様な構成にすれば、低温に温調されたエアが分配流路部８を流れる際に温度上昇したり、それぞれの個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内に充填された後で温度上昇すること（或いは、高温に温調されたエアが分配流路部８を流れる際に温度下降したり、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内に充填された後で温度下降すること）を防ぐことができる。そのため、より迅速に個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内の温度を変更し、所定の温度に静定させて各ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの特性測定を行うことができるので、より好ましいと言える。

しかし、本発明を具現化する上では、この様な構成に限定されず、個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ及び分配流路部８の容積に対して供給される温調エアの流量が十分に多く、短時間で各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内を所定の温度に静定させることができれば、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄと分配流路部８のどちらか一方、あるいは双方を断熱しない構成としても良い。

［別の形態］
なお上述では、分配流路部８の各流路の長さがそれぞれ均等であり、複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄの少なくとも１つの内部には、代表温度センサＴＳが備えられている構成を示した。この様な構成にすれば、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄの中の温度を同じにすることができ、その内１つの個別チャンバーに代表温度センサを１つ配置するだけで済むので、コストダウンが可能となり、より好ましいと言える。

しかし、本発明を具現化する上では、この様な構成に限定されず、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄに、それぞれ温度センサを配置しても良い。さらに、分配流路部８の各流路の長さは、各々別個に設定しても良い。例えば、各流路が最短となるように設定したり、回転テーブル上の機器レイアウトを考慮しながら各流路を敷設したりする。この様な構成の場合、高温または低温の温調エアを供給して、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄが概ね同じような温度変化特性を示すように、それぞれの温度センサをモニタしながら、流量調節バルブの絞り具合を調整し、設定すれば良い。或いは、温度変化の追従性が最も遅い個別チャンバーの温度変化を待って、特性測定を行う様にしても良い。

［別の形態］
なお上述では、複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄにおいて、分配流路部８の出口端が接続された温調エア導入口９２が、チャンバー本体部９０の側壁に設けられた単なる開口部である例を示した。そして、この開口部の形状は、円形、楕円形、矩形等の任意の断面形状に設定することができる。この様な構成であれば、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内は、新しく導入される温調エアが充満されるため、各ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの特性測定を行うことができる。

しかし、この様な構成に限らず、上述した個別チャンバー９Ａとは異なる構成の個別チャンバー９Ａ’を備えた構成としても良い。

図３は、本発明を具現化する形態の別の一例の要部を示す図であり、個別チャンバー９Ａ’の内部構造を示している。

個別チャンバー９Ａ’は、上述の個別チャンバー９Ａとほぼ同様の構成をしているが、温調エア導入口９２には、さらに充円錐ノズル９３が備えられている点で相違する。充円錐ノズル９３は、フルコーンノズルとも呼ばれ、放出される温調エアが円錐状に広がりつつ、円錐外縁部のみならず円錐内部にもバランス良く温調エアが放出される構造をしている。この様な構成にすれば、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内に温調エアが導入される際に、元々あった各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄ内のエアが淀みなく一気に押し出され、極めて迅速に新しく供給された温調エアと交換されるので、より好ましい。

［別の形態］
なお上述では、複数の個別チャンバー９Ａ〜９Ｄとして、ネジ部を備えた円筒状のチャンバー本体部９０及びフタ部９１にて構成される例を示した。この様な構成にすれば、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄの密閉性が確保しつつ、ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄの入れ替えが容易となる。

しかし、本発明を具現化する上では、この様な構成に限定されず、載置台７３の側方及び上方を覆うドーム状の筐体の一部に開口部を設けたものや、四角い箱状の筐体の一部に開口部を設けたものを、載置台７３の上から被せ、この筐体をネジなどにより固定する構成としても良い。

また上述では、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄは、温調エア導入口９２と対角となる位置に排気部９４が設けている構成を示した。しかし、本発明を具現化する上では、この様な構成に限定されず、各個別チャンバーの形状や排気エアの回収形態に適合させて、チャンバー本体部９０の側壁に、温調エア導入口９２や充円錐ノズル９３と隣接させて開口部を設けた構成としても良い。

［別の形態］
本発明を具現化する上で、温調エア供給部３は、上述のチラーユニット３０に限らず、冷凍機とヒータを組み合わせた構成としても良い。

本発明を具現化する上で、電力供給部４は、上述の直流安定化電源４０に限らず、交流電力を供給するものでも良い。そして、ジャイロセンサＧａ〜Ｇｄを直流電力により駆動させたい場合、回転体２０に交流／直流変換器を備えた構成とすれば良い。

本発明を具現化する上で、特性測定部５は、上述の様なデータ記録部を備えた構成に限らず、無線データ送信部を回転体２０の上に配置し、無線データ受信部およびデータ記録部をを回転テーブル部２の外部に備えた構成としても良い。

本発明を具現化する上で、各個別チャンバー９Ａ〜９Ｄの排気部９４は、チャンバー本体部９０の壁面に設けた矩形状の貫通口に限らず、円形の貫通口で構成しても良い。或いは、チャンバー本体部９０の壁面を貫通するパイプなどにより構成しても良い。

１ 特性測定装置
２ 回転テーブル部
３ 温調エア供給部
４ 電力供給部
５ 特性測定部
６ ロータリジョイント
７ スリップリング
８ 分配流路部
８Ａ ２分岐流路
８Ｂ ２分岐流路
９ チャンバー部
９Ａ〜９Ｄ 個別チャンバー
２０ 回転体
３０ チラーユニット
４０ 直流安定化電源
８４ 流量調整部
９０ チャンバー本体部
９０ｓ ネジ部
９１ フタ部
９１ｓ ネジ部
９２ 温調エア導入口
９３ 充円錐ノズル（フルコーンノズル）
９４ 排気部
９５ 載置台
Ｇａ〜Ｇｄ ジャイロセンサ（特性測定の対象）
ＴＳ 代表温度センサ
Ｅ１ 電力線
Ｅ２ 信号線

Claims (4)

1. 測定対象となる複数のジャイロセンサに外力を付与しながら特性測定を行う装置であって、
   前記複数のジャイロセンサを回転させることで外力を付与する回転テーブル部と、
   前記複数のジャイロセンサが配置された雰囲気の温度を調節するための温調エアを供給する温調エア供給部と、
   前記複数のジャイロセンサを駆動するための駆動電力を供給する電力供給部と、
   前記複数のジャイロセンサから出力された信号に基づいて、前記複数のジャイロセンサの特性を個別に測定する特性測定部とを備え、
   前記回転テーブル部には、
   前記温調エアを前記回転テーブル部の外部から前記回転体側に導入するロータリジョイントと、
   前記駆動電力を前記回転テーブル部の外部から前記回転体側に導入するスリップリングが備えられ、
   前記回転テーブル部の回転体には、
   前記複数のジャイロセンサをそれぞれ個別に収納し、内部雰囲気と外部雰囲気とを隔離する、複数の個別チャンバーと、
   ロータリジョイントを通じて供給された前記温調エアを前記複数の個別チャンバーにそれぞれ分配する分配流路が備えられている、ジャイロセンサ特性測定装置。
2. 前記複数の個別チャンバーと前記分配流路は、各々断熱されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のジャイロセンサ特性測定装置。
3. 前記分配流路の各流路の長さがそれぞれ均等であり、前記複数の個別チャンバーの少なくとも１つの内部には、代表温度センサが備えられている
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のジャイロセンサ特性測定装置。
4. 前記複数の個別チャンバーに接続された前記分配流路の出口端部には、充円錐ノズルが備えられている
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のジャイロセンサ特性測定装置。

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