JP3399020B2 - ジャイロの温度ドリフトキャンセル方法と孔曲り計測装置 - Google Patents
ジャイロの温度ドリフトキャンセル方法と孔曲り計測装置Info
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- JP3399020B2 JP3399020B2 JP12592793A JP12592793A JP3399020B2 JP 3399020 B2 JP3399020 B2 JP 3399020B2 JP 12592793 A JP12592793 A JP 12592793A JP 12592793 A JP12592793 A JP 12592793A JP 3399020 B2 JP3399020 B2 JP 3399020B2
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- Japan
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- temperature drift
- δbi
- δai
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転角度を計測するジ
ャイロの温度ドリフトをキャンセルする方法およびこの
方法を実施する孔曲り計測装置に関する。
ャイロの温度ドリフトをキャンセルする方法およびこの
方法を実施する孔曲り計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転角度を検出するセンサとして使用さ
れるジャイロには、こま式ジャイロの他、光ファイバジ
ャイロ、ガスレートジャイロ、振動ジャイロといったも
のがある。これらのジャイロは、例えばボーリング孔の
孔曲りを計測する装置に用いられる。特開平５−１８１
７９号公報には、傾斜計とジャイロを内蔵する検出装置
を掘削装置用牽引ロープに沿って移動させ、上記傾斜計
やジャイロが検出した検出装置の各移動位置における姿
勢から、孔の形状を三次元座標における幾何学演算によ
って求める方法と装置が開示されている。
れるジャイロには、こま式ジャイロの他、光ファイバジ
ャイロ、ガスレートジャイロ、振動ジャイロといったも
のがある。これらのジャイロは、例えばボーリング孔の
孔曲りを計測する装置に用いられる。特開平５−１８１
７９号公報には、傾斜計とジャイロを内蔵する検出装置
を掘削装置用牽引ロープに沿って移動させ、上記傾斜計
やジャイロが検出した検出装置の各移動位置における姿
勢から、孔の形状を三次元座標における幾何学演算によ
って求める方法と装置が開示されている。
【０００３】しかし、上記したジャイロはいずれも温度
ドリフトがあるため、ジャイロの出力を積分して回転角
度を求めるときに、温度ドリフトが積分時に誤差となっ
て蓄積することが考えられる。また、自動車のナビケー
ションシステム等の場合はジャイロによって速い回転を
検出しているが、孔曲り計測では、ゆっくりとした回転
を検出できるようにしなければならず、このため信号検
出の分解能を高めるうえで、わずかな温度ドリフトが生
じても誤差として累積されることになる。
ドリフトがあるため、ジャイロの出力を積分して回転角
度を求めるときに、温度ドリフトが積分時に誤差となっ
て蓄積することが考えられる。また、自動車のナビケー
ションシステム等の場合はジャイロによって速い回転を
検出しているが、孔曲り計測では、ゆっくりとした回転
を検出できるようにしなければならず、このため信号検
出の分解能を高めるうえで、わずかな温度ドリフトが生
じても誤差として累積されることになる。
【０００４】それにも係わらず、従来、ジャイロの温度
ドリフトをキャンセルする方法について、有効な提案は
なされていなかったのが実情である。
ドリフトをキャンセルする方法について、有効な提案は
なされていなかったのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した実情に鑑み、ジャイロの温度ドリフトによる影響を
キャンセルする方法を提供することにある。
した実情に鑑み、ジャイロの温度ドリフトによる影響を
キャンセルする方法を提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、上記の方法を実施す
る孔曲り計測装置を提供することにある。
る孔曲り計測装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のジャイロの温度
ドリフトキャンセル方法は、温度ドリフトを有するジャ
イロの各測定点における出力を積分し回転角度を求める
方法において、温度特性の似通った２個のジャイロを同
一軸上且つ互いに反対向きに取付け、（イ）各測定点に
おける各ジャイロの測定値から初期値を引いた差分ΔＡ
i ，ΔＢi を収録するステップ、（ロ）ΔＡi ，ΔＢi
が異符号か調べるステップ、（ハ）異符号のときにのみ
ΔＢi とΔＡi の差分の平均値Δｙを求めるステップ、
（ニ）Δｙを時間について積分を行い回転角度を計算す
るステップ、なるデータ処理を行うことを特徴とする。
ドリフトキャンセル方法は、温度ドリフトを有するジャ
イロの各測定点における出力を積分し回転角度を求める
方法において、温度特性の似通った２個のジャイロを同
一軸上且つ互いに反対向きに取付け、（イ）各測定点に
おける各ジャイロの測定値から初期値を引いた差分ΔＡ
i ，ΔＢi を収録するステップ、（ロ）ΔＡi ，ΔＢi
が異符号か調べるステップ、（ハ）異符号のときにのみ
ΔＢi とΔＡi の差分の平均値Δｙを求めるステップ、
（ニ）Δｙを時間について積分を行い回転角度を計算す
るステップ、なるデータ処理を行うことを特徴とする。
【０００８】また、本発明の孔曲り計測装置は、温度ド
リフトを有するジャイロの各測定点における出力を積分
し回転角度を求める方法を用いた孔曲り計測装置であっ
て、 温度ドリフト特性の似通った２個のジャイロを同一
軸上且つ互いに反対向きに取付けてなるプローブを備え
てなり、 （イ）各測定点における各ジャイロの測定値から初期値
を引いた差分ΔＡi ，ΔＢi を収録するステップ、 （ロ）ΔＡi ，ΔＢi が異符号か調べるステップ、 （ハ）異符号のときにのみΔＢi とΔＡi の差の１／２
（すなわちΔｙ）を求めるステップ、 （ニ）Δｙを時間について積分を行い回転角度を計算す
るステップ、 なるデータ処理を行うように したことを特徴とする。
リフトを有するジャイロの各測定点における出力を積分
し回転角度を求める方法を用いた孔曲り計測装置であっ
て、 温度ドリフト特性の似通った２個のジャイロを同一
軸上且つ互いに反対向きに取付けてなるプローブを備え
てなり、 （イ）各測定点における各ジャイロの測定値から初期値
を引いた差分ΔＡi ，ΔＢi を収録するステップ、 （ロ）ΔＡi ，ΔＢi が異符号か調べるステップ、 （ハ）異符号のときにのみΔＢi とΔＡi の差の１／２
（すなわちΔｙ）を求めるステップ、 （ニ）Δｙを時間について積分を行い回転角度を計算す
るステップ、 なるデータ処理を行うように したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】温度ドリフト特性の似通った２個のジャイロ
Ａ，Ｂを同一軸上に且つ反対向きに取付けて、夫々のジ
ャイロＡ，Ｂから出力させたとき（図１参照）、矢印イ
で示したような回転がないときの出力はいずれも正又は
いずれも負で同符号であるが、軸を中心とする回転がな
されるときのジャイロＡ，Ｂの出力はいずれか一方が正
ならば他方は負で異符号となる。そこでジャイロＡ，Ｂ
の出力の符号を判別して、異符号ならば回転しているこ
とを、同符号ならば回転によるものではなく温度ドリフ
トによる変化であるとして、前者の場合にのみ夫々の出
力の積分を行ってプローブの回転角度を求めることと
し、後者の場合は出力の積分を行わないようにする。こ
うすることで、ジャイロの温度ドリフトによる影響をキ
ャンセルさせることができる。
Ａ，Ｂを同一軸上に且つ反対向きに取付けて、夫々のジ
ャイロＡ，Ｂから出力させたとき（図１参照）、矢印イ
で示したような回転がないときの出力はいずれも正又は
いずれも負で同符号であるが、軸を中心とする回転がな
されるときのジャイロＡ，Ｂの出力はいずれか一方が正
ならば他方は負で異符号となる。そこでジャイロＡ，Ｂ
の出力の符号を判別して、異符号ならば回転しているこ
とを、同符号ならば回転によるものではなく温度ドリフ
トによる変化であるとして、前者の場合にのみ夫々の出
力の積分を行ってプローブの回転角度を求めることと
し、後者の場合は出力の積分を行わないようにする。こ
うすることで、ジャイロの温度ドリフトによる影響をキ
ャンセルさせることができる。
【００１０】ジャイロは磁気センサのように絶対的な方
位角を求めることはできないが、しかし、磁気センサに
より測定開始時のプローブの絶対的な方位角を求めてお
き、これにジャイロで得られた回転角度を加算すること
で、簡便に絶対的な方位角の表示に換算することができ
る。
位角を求めることはできないが、しかし、磁気センサに
より測定開始時のプローブの絶対的な方位角を求めてお
き、これにジャイロで得られた回転角度を加算すること
で、簡便に絶対的な方位角の表示に換算することができ
る。
【００１１】
【実施例】温度特性の似通った２個の圧電振動ジャイロ
を同一軸上且つ互いに反対向きに取付け、図２の下段の
図のような温度変化を与え、各ジャイロＡ，Ｂの出力を
積分することによって上段の図の線と線が得られ
た。両ジャイロＡ，Ｂの出力の符号は共に正であるか
ら、この場合は温度ドリフトによる変化であって回転に
よるものではないと判断して、回転角度を求めるための
積分は行わず、線の如く出力零の状態を維持させる。
線は、従来の温度補償法的考え方に準拠してＡとＢの
出力の差をとって積分したものである。線の方が線
よりも温度ドリフトのキャンセル効果が遥かに優れてい
ること、一目瞭然である。
を同一軸上且つ互いに反対向きに取付け、図２の下段の
図のような温度変化を与え、各ジャイロＡ，Ｂの出力を
積分することによって上段の図の線と線が得られ
た。両ジャイロＡ，Ｂの出力の符号は共に正であるか
ら、この場合は温度ドリフトによる変化であって回転に
よるものではないと判断して、回転角度を求めるための
積分は行わず、線の如く出力零の状態を維持させる。
線は、従来の温度補償法的考え方に準拠してＡとＢの
出力の差をとって積分したものである。線の方が線
よりも温度ドリフトのキャンセル効果が遥かに優れてい
ること、一目瞭然である。
【００１２】図３のフロー・チャートは、二つのジャイ
ロＡ，Ｂを用いて回転角度を求める手順を示している。
同図によって説明すると、先ず測定開始に際して、停止
状態にある二つのジャイロＡ，Ｂの初期値を収録（ステ
ップ１）しておき、それから測定を開始（ステップ２）
する。そして所定の測定点において得られた生データか
ら初期値を差し引いたΔＡi ，ΔＢi を収録し（ステッ
プ３）、ついでΔＡi，ΔＢi の符号が異符号かどうか
を調べる（ステップ４）。ΔＡi ，ΔＢi の符号が異符
号の場合には、ΔＢi とΔＡi の差分の平均値Δｙを求
め（ステップ５）、Δｙを時間について積分を行い、回
転角度を計算し（ステップ６）、その結果は収録する。
ΔＡi ，ΔＢi の符号が同符号ならば積分計算は行わな
い（ステップ７）。以上が終わったならば、つぎの測定
点に移ってステップ３に戻り、上記と同様のデータ処理
を行うのである。
ロＡ，Ｂを用いて回転角度を求める手順を示している。
同図によって説明すると、先ず測定開始に際して、停止
状態にある二つのジャイロＡ，Ｂの初期値を収録（ステ
ップ１）しておき、それから測定を開始（ステップ２）
する。そして所定の測定点において得られた生データか
ら初期値を差し引いたΔＡi ，ΔＢi を収録し（ステッ
プ３）、ついでΔＡi，ΔＢi の符号が異符号かどうか
を調べる（ステップ４）。ΔＡi ，ΔＢi の符号が異符
号の場合には、ΔＢi とΔＡi の差分の平均値Δｙを求
め（ステップ５）、Δｙを時間について積分を行い、回
転角度を計算し（ステップ６）、その結果は収録する。
ΔＡi ，ΔＢi の符号が同符号ならば積分計算は行わな
い（ステップ７）。以上が終わったならば、つぎの測定
点に移ってステップ３に戻り、上記と同様のデータ処理
を行うのである。
【００１３】図４に、上記の方法を採用した孔曲り計測
装置の実施例を示す。この孔曲り計測装置は、放射方向
に開閉するパンタグラフ式の車輪付きセントラライザ１
１，１１ａを両端に設け、データをデジタル伝送するた
めの信号処理部１２と、互いに直向方向に配置されてい
る二つの傾斜センサ１３，１３ａと、磁気方位を求める
磁気センサ１４と、同一軸上に且つ反対向きに取付けた
二個の圧電振動ジャイロ１５，１５ａを内蔵させたプロ
ーブ１０、並びに上記信号処理部１２とは多芯ケーブル
１６を介して接続されるデータ収録装置１７とによって
構成されている。 すなわち、３方向（１２０°間隔）に
開閉するパンタグラフ式の車輪付きセントラライザ１
１，１１ａを両端に設けたプローブ１０内には、データ
をデジタル伝送するための信号処理部１２と、互いに直
向方向に配置されている二つの傾斜センサ１３，１３ａ
と、磁気方位を求める磁気センサ１４と、前記した同一
軸上に且つ反対向きに取付けた二つの圧電振動ジャイロ
１５，１５ａが装着され、信号処理部１２で得た電気信
号は多芯ケーブル１６を介して地上部のデータ収録装置
１７へ伝送されるようになっている。圧電振動ジャイロ
１５，１５ａは小型で、耐衝撃性、安定性を有し、上記
のように同一軸上に且つ反対向きに２個取付けても場所
を取らない。この圧電振動ジャイロ１５，１５ａは上記
した手法によって各深度におけるプローブ１０の回転角
度Ωを求めることに用いられる。また磁気センサ１４
は、測定開始に当たり、地磁気の擾乱を受けない箇所例
えば鋼管直上で、測定開始時のプローブ１０の向きを知
るため使用され、絶対的な方位角がわかる。
装置の実施例を示す。この孔曲り計測装置は、放射方向
に開閉するパンタグラフ式の車輪付きセントラライザ１
１，１１ａを両端に設け、データをデジタル伝送するた
めの信号処理部１２と、互いに直向方向に配置されてい
る二つの傾斜センサ１３，１３ａと、磁気方位を求める
磁気センサ１４と、同一軸上に且つ反対向きに取付けた
二個の圧電振動ジャイロ１５，１５ａを内蔵させたプロ
ーブ１０、並びに上記信号処理部１２とは多芯ケーブル
１６を介して接続されるデータ収録装置１７とによって
構成されている。 すなわち、３方向（１２０°間隔）に
開閉するパンタグラフ式の車輪付きセントラライザ１
１，１１ａを両端に設けたプローブ１０内には、データ
をデジタル伝送するための信号処理部１２と、互いに直
向方向に配置されている二つの傾斜センサ１３，１３ａ
と、磁気方位を求める磁気センサ１４と、前記した同一
軸上に且つ反対向きに取付けた二つの圧電振動ジャイロ
１５，１５ａが装着され、信号処理部１２で得た電気信
号は多芯ケーブル１６を介して地上部のデータ収録装置
１７へ伝送されるようになっている。圧電振動ジャイロ
１５，１５ａは小型で、耐衝撃性、安定性を有し、上記
のように同一軸上に且つ反対向きに２個取付けても場所
を取らない。この圧電振動ジャイロ１５，１５ａは上記
した手法によって各深度におけるプローブ１０の回転角
度Ωを求めることに用いられる。また磁気センサ１４
は、測定開始に当たり、地磁気の擾乱を受けない箇所例
えば鋼管直上で、測定開始時のプローブ１０の向きを知
るため使用され、絶対的な方位角がわかる。
【００１４】測定深度Ｌと、各深度におけるプローブ１
０の回転角度Ωと、直交２成分の傾斜センサ１３，１３
ａで求められた角度ξ，ηから、各深度における傾斜角
θと方位角φが計算によって求められる。方位角φは上
記磁気センサ１４から求めた測定開始時のプローブ１０
の向きに加算することで絶対的な方位角に容易に変換で
きる。こうして各深度における座標Ｘi ，Ｙi が求めら
れることになる。すなわち、孔曲り計測装置は、小型で
ある圧電振動ジャイロ１５，１５ａを２個を使うけれど
も、これによってプローブ１０を大きくはしないし、ジ
ャイロ１５，１５ａの温度ドリフトキャンセル効果でゆ
っくりとした回転でも精度よく連続的にリアルタイムで
孔曲り計測を行なうことができる。更に、磁気センサ１
４を内蔵したことによって、圧電振動ジャイロ１５，１
５ａで求めた角度を絶対的な方位角に換算することが簡
便に行なえる。
０の回転角度Ωと、直交２成分の傾斜センサ１３，１３
ａで求められた角度ξ，ηから、各深度における傾斜角
θと方位角φが計算によって求められる。方位角φは上
記磁気センサ１４から求めた測定開始時のプローブ１０
の向きに加算することで絶対的な方位角に容易に変換で
きる。こうして各深度における座標Ｘi ，Ｙi が求めら
れることになる。すなわち、孔曲り計測装置は、小型で
ある圧電振動ジャイロ１５，１５ａを２個を使うけれど
も、これによってプローブ１０を大きくはしないし、ジ
ャイロ１５，１５ａの温度ドリフトキャンセル効果でゆ
っくりとした回転でも精度よく連続的にリアルタイムで
孔曲り計測を行なうことができる。更に、磁気センサ１
４を内蔵したことによって、圧電振動ジャイロ１５，１
５ａで求めた角度を絶対的な方位角に換算することが簡
便に行なえる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の方法は、温度特性の似通った２
個のジャイロを同一軸上に且つ反対向きに取付けて、両
出力の符号を判別し、異符号の場合にのみ出力の積算を
行い回転角度を計算するという比較的簡単な構成によっ
て、ジャイロの温度ドリフトをキャンセルさせることが
できるものであるが、温度ドリフト量の変化の方向が同
じであれば成立し、両ジャイロの温度ドリフト量が厳密
に同じかどうかは問わない点で、甚だ現実的な方法であ
る。尚、温度ドリフト以外の、例えば経時的変化量が同
じ方向を示すような場合に本発明の方法を適用すること
によって、そのドリフトをキャンセルさせることができ
る。
個のジャイロを同一軸上に且つ反対向きに取付けて、両
出力の符号を判別し、異符号の場合にのみ出力の積算を
行い回転角度を計算するという比較的簡単な構成によっ
て、ジャイロの温度ドリフトをキャンセルさせることが
できるものであるが、温度ドリフト量の変化の方向が同
じであれば成立し、両ジャイロの温度ドリフト量が厳密
に同じかどうかは問わない点で、甚だ現実的な方法であ
る。尚、温度ドリフト以外の、例えば経時的変化量が同
じ方向を示すような場合に本発明の方法を適用すること
によって、そのドリフトをキャンセルさせることができ
る。
【００１６】また、本発明の孔曲り計測装置は、ジャイ
ロの温度ドリフトキャンセル効果でゆっくりとした回転
でも精度よく連続的にリアルタイムで孔曲り計測を行な
うことができる。
ロの温度ドリフトキャンセル効果でゆっくりとした回転
でも精度よく連続的にリアルタイムで孔曲り計測を行な
うことができる。
【図１】本発明の方法の原理を説明するための図であ
る。
る。
【図２】図１の原理に基づく温度特性試験結果を示す図
である。
である。
【図３】図１の二つのジャイロを用いて回転角度を求め
る手順を示したフロー・チャートである。
る手順を示したフロー・チャートである。
【図４】本発明の方法を実施する孔曲り計測装置の概略
を示す図である。
を示す図である。
１０ プローブ
１１，１１ａ 車輪付きセントラライザ
１２ 電子回路
１３，１３ａ 傾斜センサ
１４ 磁気センサ
１５，１５ａ 圧電振動ジャイロ
１６ 多芯ケーブル
１７ データ収録装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−156617（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−201210（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−5623（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−239614（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−118612（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 19/00 - 19/72
Claims (2)
- 【請求項１】 温度ドリフトを有するジャイロの各測定
点における出力を積分し回転角度を求める方法におい
て、温度特性の似通った２個のジャイロを同一軸上且つ
互いに反対向きに取付け、 （イ）各測定点における各ジャイロの測定値から初期値
を引いた差分ΔＡi ，ΔＢi を収録するステップ、 （ロ）ΔＡi ，ΔＢi が異符号か調べるステップ、 （ハ）異符号のときにのみΔＢi とΔＡi の差の１／２
（すなわちΔｙ）を求めるステップ、 （ニ）Δｙを時間について積分を行い回転角度を計算す
るステップ、 なるデータ処理を行うことを特徴とするジャイロの温度
ドリフトキャンセル方法。 - 【請求項２】 温度ドリフトを有するジャイロの各測定
点における出力を積分し回転角度を求める方法を用いた
孔曲り計測装置であって、 温度ドリフト特性の似通った２個のジャイロを同一軸上
且つ互いに反対向きに取付けてなるプローブを備えてな
り、 （イ）各測定点における各ジャイロの測定値から初期値
を引いた差分ΔＡi ，ΔＢi を収録するステップ、 （ロ）ΔＡi ，ΔＢi が異符号か調べるステップ、 （ハ）異符号のときにのみΔＢi とΔＡi の差の１／２
（すなわちΔｙ）を求めるステップ、 （ニ）Δｙを時間について積分を行い回転角度を計算す
るステップ、 なるデータ処理を行うように したことを特徴とする孔曲
り計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12592793A JP3399020B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | ジャイロの温度ドリフトキャンセル方法と孔曲り計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12592793A JP3399020B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | ジャイロの温度ドリフトキャンセル方法と孔曲り計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331357A JPH06331357A (ja) | 1994-12-02 |
| JP3399020B2 true JP3399020B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=14922401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12592793A Expired - Fee Related JP3399020B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | ジャイロの温度ドリフトキャンセル方法と孔曲り計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3399020B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004053530A (ja) * | 2002-07-23 | 2004-02-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 移動体の高精度姿勢検出方法及びその装置 |
| KR101376598B1 (ko) * | 2012-10-04 | 2014-03-27 | 주식회사 내비오닉스코리아 | 이동체의 움직임 측정장치, 그 측정 및 보정 방법 |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP12592793A patent/JP3399020B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06331357A (ja) | 1994-12-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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