JP3211040B2 - 熱移動型角速度検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体を媒体とした熱の
移動時間の変化から流路に作用する角速度を計測する熱
移動型角速度検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばガス流を媒体とした熱の移
動時間の変化から流路に作用する角速度を計測する熱移
動型角速度検知装置としては、密閉したケーシング内で
ノズル孔から感熱抵抗素子からなるヒートワイヤ対に向
かってガス流を噴出させておき、検出器本体に角速度運
動が加わってガス流が偏向したときに、そのガス流の偏
向状態をヒートワイヤ対が感知して、それにより各ヒー
トワイヤとともに構成された抵抗ブリッジ回路からヒー
トワイヤ対に生ずる抵抗値の変化の差に応じた出力をと
り出して、そのとき検出器本体に作用している角速度を
検出するようにしている。

【０００３】このような角速度検出のための熱移動型角
速度検知装置を自動車，航空機などの移動体に搭載し
て、その移動に際して角速度の検出信号を時間積分して
いけば移動体の進行方向の変化分が得られ、それにより
移動体の進行方向を累積的に求めていくことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、角速度を計測する場合、流路に横方向から角速度
が作用してヒートワイヤ対に流体が偏って当たったとき
に、各ヒートワイヤの放熱量が変化することによる抵抗
値の変化を検出するようにしているので、温度ドリフト
の影響を受けやすいという点である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による熱移動型角
速度検知装置は、流路に角速度が作用したときの流体の
偏向状態を従来のように感熱抵抗素子の抵抗値の変化と
してとらえるのではなく、流体による熱の伝達時間の変
化としてとらえるべく、流路内を流れる流体を加熱する
交流駆動による発熱体と、その発熱体の下流側にヒート
センサとを設けて、流体により伝達される熱を流路に角
速度が作用したときの流体の偏向状態に応じた時間差を
もってヒートセンサによって検知して、発熱体の駆動信
号とヒートセンサの検知信号との位相差から流路に作用
する角速度を検出するようにしている。

【０００６】また、本発明は、流路内を流れる流体を加
熱する交流駆動による発熱体と、その発熱体の下流側に
左右対称となるように一対のヒートセンサとを設けて、
流体により伝達される熱を流路に角速度が作用したとき
の流体の偏向状態に応じた時間差をもってヒートセンサ
対によって検知して、そのヒートセンサ対の各検知信号
の位相差から流路に作用する角速度を検出するようにし
ている。

【０００７】

【実施例】図１および図２に、角速度を計測するように
したときの熱移動型角速度検知装置の一構成例を示して
いる。

【０００８】同図の構成にあって、ケーシング１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、その開方端の周縁にはフランジ２が形成されてい
る。また、そのケーシング１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４との間に軸方
向の流路３が形成されている。

【０００９】また、ケーシング１内に収納される本体部
４は、ホルダ部４１と首部４２と筒体部４３とからなっ
ており、そのホルダ部４１によってケーシング１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４１内にはポンプ室５が形成されており、そのポン
プ室５内にはピエゾプレート６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
出口７から流路３内に送り出されるようになっている。

【００１０】流路３内に送り出されたガスは、筒体部４
３の端面の中央部分に形成されたノズル孔８およびその
周囲に複数形成された整流孔９からその筒体部４３の内
部に形成されたガス通路１０内に層流として噴出され、
そのガス通路１０を通過したのちにポンプ室５に戻って
再びポンプ作用によって流路３に送り出されるようにな
っている。

【００１１】そして、ガス通路１０内には、そのガス通
路内を流れるガス流を加熱する交流駆動による発熱体と
しての加熱ワイヤ１１と、その加熱ワイヤ１１の下流側
に一対のワイヤ状のヒートセンサ１２１，１２２とが図
示のように設置されている。

【００１２】なお、ケーシング１のフランジ２部分に
は、電源回路，増幅器，検出回路などが実装される回路
基板１３が取り付けられている。図中、１４は検出器本
体を支持する支持筒である。

【００１３】一対のヒートセンサ１２１，１２２は、図
３に示すように、ノズル孔８の中心線○−○に対して左
右対象となるように配設されており、検出器本体に何ら
横方向の角速度ωが作用しないときにはガス通路１０内
に噴出されたガスがその中心線○−○に沿ってまっすぐ
流れて各ヒートセンサ１２１，１２２に均等に当たるよ
うになっている。

【００１４】このような状態にあって、検出器本体に横
方向の角速度ωが作用すると、その大きさに応じてガス
通路１０内に噴出されたガス流が図中点線で示すように
偏向して各ヒートセンサ１２１，１２２のところにおい
て中心線○−○からのずれεを生じ、そのため各ヒート
センサ１２１，１２２にそれぞれ当たる流量に変化をき
たすことになる。

【００１５】このようなものにあって、本発明では、ガ
ス流の偏向によって流量変化をきたすということは、そ
のガス流の偏向状態にしたがって各ヒートセンサ１２
１，１２２に当たるガス流の流速が変化することになる
という点に着目し、加熱ワイヤ１１によりガス流を加熱
して、ガス流により伝達される熱を、検出器本体に角速
度が作用したときのガス流の偏向状態に応じた時間差を
もって各ヒートセンサ１２１，１２２によってそれぞれ
検知するようにしている。

【００１６】図３に示すように、検出器本体に角速度が
何ら作用していなくてガス流がまっすぐに流れて各ヒー
トセンサ１２１，１２２に均等に当たっているときに
は、ガス流が加熱ワイヤ１１によって加熱されたのち、
その加熱されたガス流が各ヒートセンサ１２１，１２２
に達してその伝達熱が検知されるまでの時間が一定で、
そのときの両者の検知時間（基準時間）が等しくなって
いる。

【００１７】いま、例えば、図３に示すように、図中矢
印に示す方向に角速度ωが作用したとき、ガス流がヒー
トセンサ１２１側に偏向して、その偏向の程度に応じて
ガス通路１０内におけるガス流量分布が変化して、ヒー
トセンサ１２１側の流速が上がってそれによる熱の検知
時間が早くなるとともに、その分ヒートセンサ１２２側
の流速が下がってそれによる熱の検知時間が遅れ、それ
により検知時間の基準からのずれの程度によってそのと
き作用している角速度ωの大きさが、また、各ヒートセ
ンサ１２１，１２２の検知時間が早くなるか遅くなるか
によってそのとき作用している角速度ωの方向が検出で
きる。

【００１８】ここでは、例えば、加熱ワイヤ１１に正弦
波による交流電流を供給してそれを発熱駆動させ、その
加熱ワイヤ１１の駆動信号（正弦波交流信号）を基準信
号として各ヒートセンサ１２１，１２２の検知信号と比
較して、その両信号の位相差から検出器本体に作用する
角速度ωの大きさおよび向きを検出するようにしてい
る。

【００１９】具体的には、各ヒートセンサ１２１，１２
２の各検知信号（正弦波交流信号となる）を増幅器によ
って所定に増幅したうえで、波形変換器により矩形波に
変換し、デジタルカウンタにより加熱ワイヤ１１の駆動
信号に同期させてその矩形波の位相差をカウントするよ
うにする。

【００２０】また、本発明では、ヒートセンサ１２１，
１２２を必ずしも一対に設ける必要がなく、その何れか
一方を省略しても角速度ωの検出が可能となる。

【００２１】すなわち、その場合には、加熱ワイヤ１１
の駆動信号とヒートセンサ１２１または１２２の検知信
号との位相差によって角速度ωの大きさを、駆動信号に
対して検知信号の位相が進んでいるか遅れているかをみ
ることによって角速度ωの向きを検出することができる
ようになる。

【００２２】また、加熱ワイヤ１１は１本だけでなく、
ガス通路１０内を流れるガス流の加熱を効率良く均一に
行わせることができるように、加熱ワイヤ１１を複数本
設置するようにしてもよい。

【００２３】図４ないし図７に、加熱ワイヤ１１とヒー
トセンサ１２１，１２２との他の設置例を示している。

【００２４】なお、発熱体（加熱ワイヤ１１），ヒート
センサ１２１，１２２ともに必ずしもワイヤ状のものを
用いる必要はなく、種々形状の発熱体や、サーミスタな
どの温度検出素子や温度測定用の抵抗素子などが広く用
いられる。

【００２５】このように本発明によれば、検出器本体に
作用する角速度によってガス流が偏向したときの発熱体
により加熱されたガス流による熱がヒートセンサによっ
て検知されるまでのガス流による熱の伝達時間の変化に
したがい、ヒートセンサの検知信号と基準信号（発熱体
の駆動信号）との位相差から角速度を検出するようにし
ているので、雰囲気温度の変化や発熱体の温度変化によ
ってヒートセンサから出力される検知信号の振幅が変動
しても、その検知信号の位相はガス流による熱の伝達時
間のみによって決まるので、温度ドリフトの影響を受け
ることなく角速度を検出することができるようになる。

【００２６】また、本発明によれば、ヒートセンサによ
る検知に充分追従することのできる周波数による交流信
号を用いているので、ヒートセンサの特性の経時変化や
ヒートセンサの検知信号を増幅したときなどに生ずる直
流に近い変動分の影響をほとんど受けずに、常に精度の
良い角速度検出を行うことができるようになる。

【００２７】さらに、本発明によれば、ヒートセンサの
検知信号と基準信号との位相差すなわち時間のずれを計
測すればよいので、何らＡＤ変換するようなことなく、
コンパレータなどを用いて直接その位相差をデジタル的
に求めることができるようになる。

【００２８】

【発明の効果】以上、本発明による熱移動型角速度検知
装置にあっては、流路内を流れる流体を交流駆動による
発熱体により加熱し、その加熱された流体により伝達さ
れる熱を流路に角速度が作用したときの流体の偏向状態
に応じた時間差をもって下流側に設けられたヒートセン
サにより検知して、発熱体を駆動する基準信号とヒート
センサの検知信号との位相差から角速度を検出するよう
にしたもので、温度ドリフトの影響を受けることなく、
またヒートセンサの特性の経時変化などの直流分変動要
因の影響を受けることなく、簡単な手段によって流路に
作用する角速度を容易にかつ精度良く検出することがで
きるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による角速度を検出するようにしたとき
の熱移動型角速度検知装置の一構成例を示す平断面図で
ある。

【図２】同構成例におけるガス通路の正面からみた簡略
図である。

【図３】ガス通路内におけるガス流の状態を示す平面図
である。

【図４】発熱体およびヒートセンサの他の設置例を示す
ガス通路の平面からみた簡略図である。

【図５】同設置例におけるガス通路の正面からみた簡略
図である。

【図６】本発明における発熱体およびヒートセンサのさ
らに他の設置例を示すガス通路の平面からみた簡略図で
ある。

【図７】同設置例におけるガス通路の正面からみた簡略
図である。

【符号の説明】

８ ノズル孔 １０ ガス通路 １１ 加熱ワイヤ １２１ ヒートセンサ １２２ ヒートセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 5/12 G01C 19/00 G01P 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路内を流れる流体を加熱する交流駆動
   による発熱体と、その発熱体の下流側に設けられ、流体
   により伝達される熱を、前記流路に角速度が作用したと
   きの流体の偏向状態に応じた時間差をもって検知するヒ
   ートセンサと、発熱体の駆動信号とヒートセンサの検知
   信号との位相差から流路に作用する角速度を検出する手
   段とによって構成された熱移動型角速度検知装置。
2. 【請求項２】 流路内を流れる流体を加熱する交流駆動
   による発熱体と、その発熱体の下流側に設けられ、流体
   により伝達される熱を、前記流路に角速度が作用したと
   きの流体の偏向状態に応じた時間差をもって検知するヒ
   ートセンサ対と、そのヒートセンサ対の各検知信号の位
   相差から流路に作用する角速度を検出する手段とによっ
   て構成された熱移動型角速度検知装置。