JP3470315B2 - Tilt sensor - Google Patents

Tilt sensor

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JP3470315B2
JP3470315B2 JP34029999A JP34029999A JP3470315B2 JP 3470315 B2 JP3470315 B2 JP 3470315B2 JP 34029999 A JP34029999 A JP 34029999A JP 34029999 A JP34029999 A JP 34029999A JP 3470315 B2 JP3470315 B2 JP 3470315B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、傾斜センサに関
し、特に、1軸の加速度センサで0〜360°の角度範
囲の傾斜角情報を得る傾斜センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tilt sensor, and more particularly to a tilt sensor which obtains tilt angle information in an angle range of 0 to 360 ° by a uniaxial acceleration sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】加速度センサを具備して物体の姿勢を測
定する場合、通常は、物体に設定した直交3軸のそれぞ
れに加速度センサの入力軸を合わせて設置し、各加速度
センサの受ける重力加速度成分の大きさに基づいて各軸
の鉛直方向からの傾斜を計算して物体の姿勢を正確に測
定することができる。ところで、水道管、或いは熱交換
器の配管の如き細管の内部を検査する小型測定機器、人
体の食道或いは腸管に挿通されてこれらの内部を検査す
る胃カメラの如き小型測定機器に傾斜センサを具備して
小型測定機器の姿勢を認識、制御する場合がある。この
種の小型測定機器は、その適用されるところが水道管の
内部、熱交換器の細管の内部、或は人体の食道、腸管の
如き小径のところであるので、これに対応して機器を構
成するケースも小径で内容積も極く小さいものとされて
いる。小径で内容積も極く小さいケースに上述した直交
3軸のそれぞれに加速度センサを設置する余裕のない場
合がある。
2. Description of the Related Art When an attitude of an object is measured by using an acceleration sensor, usually, the input axis of the acceleration sensor is set to each of the three orthogonal axes set on the object, and the gravitational acceleration received by each acceleration sensor. The posture of the object can be accurately measured by calculating the inclination of each axis from the vertical direction based on the magnitude of the component. By the way, a small measuring device for inspecting the inside of a water pipe or a thin pipe such as a pipe of a heat exchanger, and a small measuring device for inspecting the inside of the esophagus or intestine of a human body such as a gastroscope is equipped with an inclination sensor. Then, the posture of the small measuring device may be recognized and controlled. This type of small measuring device is applied to the inside of a water pipe, the inside of a thin tube of a heat exchanger, or a small diameter such as the esophagus or intestinal tract of the human body, so the device is configured accordingly. The case is also small in diameter and has a very small internal volume. In some cases, there is no room to install the acceleration sensor on each of the three orthogonal axes described above in the case where the diameter is small and the internal volume is extremely small.

【0003】小型測定機器に直交3軸のそれぞれに対応
して加速度センサを設置せずに、1軸方向のみに加速度
センサを設置した傾斜センサにより小型測定機器の姿勢
を認識することができる。ここで、傾斜センサの加速度
センサと、センサの姿勢角とセンサ出力について図8を
参照して説明する。図8(a)は小型測定機器が回転、
傾斜したところを示す図であり、1は加速度センサであ
り、10は加速度センサ1を設置した小型測定機器を示
す。加速度センサ1はその入力軸を小型測定機器10の
鉛直方向軸に合わせて小型測定機器10に設置されてい
る。ここで、小型測定機器10は、紙面内において60
゜回転した姿勢角をとったところと、紙面内において3
00゜回転した姿勢角をとったところが示されている。
The posture of the small measuring device can be recognized by the tilt sensor in which the acceleration sensor is installed only in one axis direction, without installing the acceleration sensor corresponding to each of the three orthogonal axes in the small measuring device. Here, the acceleration sensor of the tilt sensor, the attitude angle of the sensor, and the sensor output will be described with reference to FIG. In Fig. 8 (a), a small measuring device rotates,
It is a figure which shows the inclined part, 1 is an acceleration sensor, 10 shows the small measuring device in which the acceleration sensor 1 was installed. The acceleration sensor 1 is installed in the small measuring instrument 10 with its input axis aligned with the vertical axis of the small measuring instrument 10. Here, the small measuring device 10 has 60
3 at the position where the posture is rotated and
The posture angle is shown rotated by 00 °.

【0004】図8(b)は加速度センサの回転角度とセ
ンサ出力の関係を示す図であり、加速度センサ1はその
入力軸が重力方向軸に一致している時に最大センサ出力
1gを出力する。図においては、1gを1に正規化して
表示している。そして、センサ出力は、重力方向軸から
測定した回転角度の余弦に比例して変化する。図8
(b)において、○により包囲されているところは回転
角度が60゜と300゜に対応するところであり、セン
サ出力が1/2に減少したところである。加速度センサ
1は、その回転角度が60゜と300゜に対応するとこ
ろにおいて同一のセンサ出力を発生している。即ち、小
型測定機器10が回転してとる2通りの傾斜角60°お
よび300°に対応して、加速度センサ1は同一のセン
サ出力を発生する。これは、小型測定機器10の2通り
の傾斜角、即ち、60°および300°の内の何れが小
型測定機器10がとっている現実の傾斜角であるのか特
定することができない。この場合の1軸傾斜センサは、
通常、0〜180°以内の傾斜角を検出する傾斜センサ
としてしか使用されていない。
FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the acceleration sensor and the sensor output. The acceleration sensor 1 outputs the maximum sensor output 1g when its input axis coincides with the gravity direction axis. In the figure, 1 g is normalized to 1 and displayed. Then, the sensor output changes in proportion to the cosine of the rotation angle measured from the gravity direction axis. Figure 8
In (b), the area surrounded by ◯ corresponds to the rotation angles of 60 ° and 300 °, and the sensor output is reduced to 1/2. The acceleration sensor 1 produces the same sensor output where the rotation angles correspond to 60 ° and 300 °. That is, the acceleration sensor 1 generates the same sensor output corresponding to the two inclination angles of 60 ° and 300 ° that the small measuring device 10 rotates. It is not possible to specify which of the two tilt angles of the small measuring device 10, namely 60 ° and 300 °, is the actual tilt angle of the small measuring device 10. The uniaxial tilt sensor in this case is
Normally, it is used only as an inclination sensor for detecting an inclination angle within 0 to 180 °.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、加速度セ
ンサを小型測定機器に1軸方向にしか収容取り付けるこ
とができない場合でも、0〜360°の傾斜角度範囲に
おいて小型測定機器の傾斜角を特定する上述の問題を解
消した傾斜センサを提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention specifies the tilt angle of a small measuring device in the tilt angle range of 0 to 360 ° even when the acceleration sensor can be housed and mounted only in one direction of the small measuring device. The present invention provides a tilt sensor that solves the above-mentioned problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1:加速度センサ
1に入力される重力の大きさを検出して加速度センサの
入力軸の重力方向に対する傾斜を測る傾斜センサにおい
て、1軸の加速度センサ1を具備し、加速度センサ1の
入力軸に垂直に設定された回転軸周りに加速度センサ1
を回転振動させる回転振動印加装置を具備し、回転振動
に同期した信号に基づいて加速度センサ1の回転軸周り
の傾斜方向の極性を判定する極性判定装置を具備する傾
斜センサを構成した。
A tilt sensor for detecting the magnitude of gravity input to an acceleration sensor 1 to measure the tilt of an input shaft of the acceleration sensor with respect to the direction of gravity is a uniaxial acceleration sensor 1. The acceleration sensor 1 is provided around the rotation axis set perpendicularly to the input axis of the acceleration sensor 1.
A tilt sensor is provided which includes a rotary vibration applying device that rotationally vibrates, and a polarity determining device that determines the polarity in the tilt direction around the rotation axis of the acceleration sensor 1 based on a signal synchronized with the rotary vibration.

【0007】そして、請求項2:請求項1に記載される
傾斜センサにおいて、極性判定装置は、加速度センサ1
の出力する加速度信号に回転振動に同期した信号であっ
てその回転振動方向の極性を表わす参照信号を加速度信
号に乗算する乗算器4を有するものである傾斜センサを
構成した。また、請求項3:請求項2に記載される傾斜
センサにおいて、回転振動印加装置は、加速度センサ1
を載置した回転振動取り付け板61に回転振動を生起す
る圧電素子62を有する振動印加アクチュエータ6と、
振動印加アクチュエータ6を駆動する振動印加駆動回路
5とにより構成され、振動印加駆動回路5を乗算器4に
接続した傾斜センサを構成した。
According to a second aspect of the present invention, in the inclination sensor according to the first aspect, the polarity determining device is the acceleration sensor 1
An inclination sensor having a multiplier 4 for multiplying the acceleration signal by a reference signal which is a signal synchronized with the rotational vibration of the acceleration signal output by and which represents the polarity in the rotational vibration direction. Further, in a tilt sensor according to a third aspect of the invention, the rotational vibration applying device is the acceleration sensor 1.
A vibration applying actuator 6 having a piezoelectric element 62 that causes a rotary vibration on a rotary vibration mounting plate 61 on which is mounted;
The vibration applying drive circuit 5 for driving the vibration applying actuator 6 is constituted, and the tilt sensor in which the vibration applying drive circuit 5 is connected to the multiplier 4 is configured.

【0008】更に、請求項4:請求項1および請求項2
の内の何れかに記載される傾斜センサにおいて、回転振
動印加装置は加速度センサ1に接続してこれを操作する
回転操作部6’より成り、回転操作部6’の回転振動を
検出する回転検出器5’を具備し、回転検出器5’の検
出信号を回転振動に同期した信号として乗算器4に印加
する傾斜センサを構成した。また、請求項5:請求項4
に記載される傾斜センサにおいて、回転検出器5’はエ
ンコーダ、ジャイロ、2軸加速度センサより選択された
何れかである傾斜センサを構成した。
Further, claim 4: claim 1 and claim 2
In the tilt sensor described in any of the above, the rotation vibration applying device is composed of a rotation operation unit 6 ′ for connecting to and operating the acceleration sensor 1 and detecting rotation of the rotation operation unit 6 ′. The inclination sensor is provided with the device 5'and applies the detection signal of the rotation detector 5'to the multiplier 4 as a signal synchronized with the rotational vibration. Further, claim 5: claim 4
In the tilt sensor described in 1), the rotation detector 5 ′ constitutes an tilt sensor that is any one selected from an encoder, a gyro, and a biaxial acceleration sensor.

【0009】更に、請求項6:請求項4に記載される傾
斜センサにおいて、回転検出器5’は搭載カメラと、撮
像画像信号を記憶する記憶装置と、画像移動方向逐次比
較部と、比較結果に基づいて回転極性を検出する回転極
性検出部より成る傾斜センサを構成した。そして、請求
項7:請求項5および請求項6の内の何れかに記載され
る傾斜センサにおいて、回転操作部6’は加速度センサ
1に接続して延伸するケーブルである傾斜センサを構成
した。
Further, in the tilt sensor according to the sixth aspect, the rotation detector 5'is a mounted camera, a storage device for storing a picked-up image signal, an image moving direction successive comparison unit, and a comparison result. Based on the above, an inclination sensor composed of a rotation polarity detecting section for detecting the rotation polarity was constructed. And claim 7: In the tilt sensor according to any one of claims 5 and 6, the rotary operation part 6 ′ constitutes a tilt sensor which is a cable connected to the acceleration sensor 1 and extending.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図1およ
び図2を参照して説明する。図1は傾斜センサの実施例
を説明するブロック図、図2は1軸加速度センサにより
0〜360°の角度範囲を判定する原理を説明する図で
ある。図1において、1は傾斜センサに具備される1個
の加速度センサを示す。加速度センサ1により検出され
た1軸方向の加速度信号は、増幅器2に入力して増幅さ
れ、増幅後の加速度信号は傾斜量算出器3および乗算器
4に供給される。傾斜量算出器3は加速度センサ1によ
り検出された加速度信号に基づいて加速度センサ1の傾
斜量を算出する。加速度センサ1には、後で図示説明さ
れる説明される振動印加アクチュエータ6により或る回
転角度範囲内の回転振動が印加される。振動印加駆動回
路5の発生する交流の駆動信号は圧電素子を有する振動
印加アクチュエータ6に印加され、これにより振動印加
アクチュエータ6は或る回転角度範囲内で回転振動せし
められる。加速度センサ1は振動印加アクチュエータ6
の回転取り付け板に載置結合され、振動印加アクチュエ
ータ6の発生する回転振動を加速度センサ1に伝達す
る。これにより、加速度センサ1は振動印加アクチュエ
ータ6の発生する回転振動周期で或る角度範囲内で回転
振動している。振動印加駆動回路5の発生する交流の駆
動信号は乗算器4にも供給される。乗算器4は増幅器2
から入力される増幅後の加速度信号と振動印加駆動回路
5から入力される交流の駆動信号とを乗算し、乗算結果
を極性判定器7に入力する。極性判定器7は乗算器4の
乗算結果を入力し、これを平均して加速度センサ1の傾
斜角の極性を判定する。8は傾斜角度表示器である。傾
斜角度表示器8は、傾斜量算出器3の算出した傾斜量、
および極性判定器7の判定した極性を表示する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a tilt sensor, and FIG. 2 is a diagram illustrating a principle of determining an angle range of 0 to 360 ° by a uniaxial acceleration sensor. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes one acceleration sensor included in the tilt sensor. The uniaxial acceleration signal detected by the acceleration sensor 1 is input to the amplifier 2 and amplified, and the amplified acceleration signal is supplied to the inclination amount calculator 3 and the multiplier 4. The tilt amount calculator 3 calculates the tilt amount of the acceleration sensor 1 based on the acceleration signal detected by the acceleration sensor 1. Rotational vibration within a certain rotation angle range is applied to the acceleration sensor 1 by a vibration applying actuator 6 which will be described later with reference to FIG. The AC drive signal generated by the vibration applying drive circuit 5 is applied to the vibration applying actuator 6 having a piezoelectric element, whereby the vibration applying actuator 6 is rotationally vibrated within a certain rotation angle range. The acceleration sensor 1 is a vibration applying actuator 6
The rotary vibration generated by the vibration applying actuator 6 is transmitted to the acceleration sensor 1 by being mounted and coupled to the rotary mounting plate. As a result, the acceleration sensor 1 is rotationally vibrated within a certain angular range in the rotational vibration cycle generated by the vibration applying actuator 6. The AC drive signal generated by the vibration applying drive circuit 5 is also supplied to the multiplier 4. The multiplier 4 is the amplifier 2
The amplified acceleration signal input from the AC drive signal is multiplied by the AC drive signal input from the vibration applying drive circuit 5, and the multiplication result is input to the polarity determiner 7. The polarity determiner 7 receives the multiplication result of the multiplier 4 and averages it to determine the polarity of the inclination angle of the acceleration sensor 1. Reference numeral 8 is a tilt angle indicator. The tilt angle indicator 8 has the tilt amount calculated by the tilt amount calculator 3,
And the polarity determined by the polarity determiner 7 is displayed.

【0011】加速度センサ1に対する回転振動の印加を
図3を参照して説明する。図3(a)は静電容量型の加
速度センサ1を電極間隔を誇張して概念的に説明する図
である。この加速度センサ1は、上部電極11、下部電
極12、振子を構成する中央電極13より成る。中央電
極13はヒンジ131を介して支持部132に結合して
いる。この加速度センサ1は、実際は、支持部132の
上面に上部電極11の左辺下面が電気的に絶縁して接合
され、支持部132の下面に下部電極12の左辺上面が
電気的に絶縁して接合されて三者一体に接合される。こ
の場合、中央電極13と上部電極11および下部電極1
2の間には当然間隙が形成される。図3(b)を参照す
るに、これは、図3(b)は加速度の印加による中央電
極13の変位に対応する加速度センサ1の静電容量電圧
変換を説明する図である。発振器50の発振出力は中央
電極13と上部電極11および下部電極12の間に印加
され、中央電極13の変位に対応する整流出力がアンプ
51、ダイオード52を介してそれぞれ取り出される。
これら両出力は演算増幅器53の反転入力および非反転
入力に印加され、中央電極13の変位に対応する直流電
圧出力が加算出力される。
The application of rotational vibration to the acceleration sensor 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram conceptually explaining the capacitance type acceleration sensor 1 by exaggerating the electrode spacing. The acceleration sensor 1 includes an upper electrode 11, a lower electrode 12, and a central electrode 13 forming a pendulum. The central electrode 13 is coupled to the supporting portion 132 via the hinge 131. In this acceleration sensor 1, the lower surface of the left side of the upper electrode 11 is electrically insulated and joined to the upper surface of the support portion 132, and the upper surface of the left side of the lower electrode 12 is electrically insulated and joined to the lower surface of the support portion 132. It is done and joined in one. In this case, the central electrode 13, the upper electrode 11 and the lower electrode 1
A gap is naturally formed between the two. Referring to FIG. 3B, FIG. 3B is a diagram for explaining the capacitance-voltage conversion of the acceleration sensor 1 corresponding to the displacement of the central electrode 13 due to the application of acceleration. The oscillation output of the oscillator 50 is applied between the center electrode 13 and the upper electrode 11 and the lower electrode 12, and the rectified output corresponding to the displacement of the center electrode 13 is taken out via the amplifier 51 and the diode 52, respectively.
Both of these outputs are applied to the inverting input and the non-inverting input of the operational amplifier 53, and the DC voltage output corresponding to the displacement of the central electrode 13 is added and output.

【0012】図4を参照するに、これは図3により図示
説明された加速度センサ1を振動印加アクチュエータに
取り付けるところを説明する図である。図4(a)は加
速度センサ1を振動印加アクチュエータに取り付けたと
ころを上から視た図であり、図4(b)は図4(a)の
長辺を横から視た図であり、図4(c)は図4(a)の
短辺を横から視た図であり、図4(d)は回転振動取り
付け板を説明する図であり、図4(e)は振動印加アク
チュエータの回転振動を説明する図である。
Referring to FIG. 4, this is a diagram for explaining the mounting of the acceleration sensor 1 shown in FIG. 3 on the vibration applying actuator. FIG. 4A is a view of the acceleration sensor 1 attached to the vibration applying actuator as viewed from above, and FIG. 4B is a view of the long side of FIG. 4A as viewed from the side. 4 (c) is a side view of the short side of FIG. 4 (a), FIG. 4 (d) is a diagram for explaining the rotary vibration attachment plate, and FIG. 4 (e) is a rotation of the vibration applying actuator. It is a figure explaining a vibration.

【0013】図4(d)を参照するに、回転振動取り付
け板61は、対向する両短辺に沿って一方の隅部の短辺
から他方の隅部に到る外側と連通する切り欠き610を
形成する。これにより回転振動取り付け板61の短辺に
固定部611が形成されると共に、固定部611に連続
して長辺にヒンジ部612が形成される。そして、対向
する他方の長辺にはヒンジ部612に対応して自由端部
613が形成される。この回転振動取り付け板61の中
央部には先の静電容量型の加速度センサ1が接合固定さ
れる。細長片より成る振動板63には、同様に細長片よ
り成る圧電素子62が接合固定され、バイメタルと同様
の動作をする振動板63が構成される。圧電素子62が
接合固定された振動板63は、圧電素子62は電圧を印
加することにより圧電素子62の長さ方向に伸縮運動す
る。ここで、この振動板63は、一方の端部を固定する
と、圧電素子62が長さ方向に伸縮運動することによ
り、他方の端部は固定端部支点として回転振動するに到
る。振動板63は、一方の端部を支柱64を介して固定
部611の内のヒンジ部612の近傍に固定される。そ
して、振動板63の他方の端部はヒンジ部612と対向
する自由端部613に支柱64を介して接合固定されて
いる。
Referring to FIG. 4 (d), the rotary vibration mounting plate 61 has a notch 610 communicating with the outer side extending from the short side of one corner to the other corner along both opposing short sides. To form. As a result, the fixed portion 611 is formed on the short side of the rotary vibration attachment plate 61, and the hinge portion 612 is formed on the long side of the fixed portion 611. A free end portion 613 is formed on the other long side facing each other so as to correspond to the hinge portion 612. The capacitance type acceleration sensor 1 is bonded and fixed to the central portion of the rotary vibration mounting plate 61. The piezoelectric element 62 also made of an elongated piece is joined and fixed to the diaphragm 63 made of an elongated piece to form the diaphragm 63 that operates similarly to a bimetal. The piezoelectric element 62, to which the piezoelectric element 62 is bonded and fixed, expands and contracts in the longitudinal direction of the piezoelectric element 62 when a voltage is applied to the piezoelectric element 62. Here, when one end portion of the vibrating plate 63 is fixed, the piezoelectric element 62 expands and contracts in the length direction, and the other end portion of the vibrating plate 63 rotationally vibrates as a fixed end fulcrum. The vibrating plate 63 has one end fixed to the vicinity of the hinge 612 in the fixed portion 611 via the support column 64. The other end of the diaphragm 63 is joined and fixed to the free end 613 facing the hinge 612 via the support column 64.

【0014】図4(e)を参照するに、圧電素子62に
発振電圧が印加されると、振動板63はバイメタル動作
し、回転振動取り付け板61の自由端部613は支柱6
4を介して振動板63の他方の端部により回転振動せし
められる。小型測定機器10に設置された加速度センサ
1は1gの傾斜角の余弦に比例した平均出力を発生す
る。加速度センサ1は振動印加アクチュエータ6に取り
付けられて、加速度センサ1の回転傾斜方向に回転振動
しているので、加速度センサ1の傾斜角自体回転振動し
ている。これを図2を参照してみるに、加速度センサ1
の短時間の出力変化は、増加、減少の矢印の如く僅かに
変動している。この変動は、例えば、○印内の傾斜角6
0°の近傍においては、加速度センサ1が回転振動で右
回りに回転したときの出力は、平均値より僅かに減少
し、左回りに回転したときは平均値より僅かに増加す
る。これとは逆に、○印内の傾斜角300°の近傍にお
いては、加速度センサ1が回転振動で右回りに回転した
ときの出力は平均値より僅かに増加し、左回りに回転し
たときは平均値より僅かに減少する。
Referring to FIG. 4 (e), when an oscillating voltage is applied to the piezoelectric element 62, the vibrating plate 63 operates as a bimetal, and the free end portion 613 of the rotary vibrating mounting plate 61 has the support 6
The other end of the vibrating plate 63 is rotationally oscillated via the motor 4. The acceleration sensor 1 installed in the small measuring device 10 produces an average output proportional to the cosine of the tilt angle of 1 g. Since the acceleration sensor 1 is attached to the vibration applying actuator 6 and rotationally vibrates in the rotational inclination direction of the acceleration sensor 1, the inclination angle of the acceleration sensor 1 itself rotationally vibrates. Referring to FIG. 2, the acceleration sensor 1
The output change for a short time fluctuates slightly as indicated by the arrows of increase and decrease. This fluctuation is caused by, for example, the inclination angle 6 in the circle.
In the vicinity of 0 °, the output when the acceleration sensor 1 rotates clockwise due to rotational vibration slightly decreases from the average value, and when it rotates counterclockwise, the output slightly increases from the average value. On the contrary, in the vicinity of the inclination angle of 300 ° in the circle, the output when the acceleration sensor 1 rotates clockwise due to rotational vibration slightly increases from the average value, and when it rotates counterclockwise, It slightly decreases from the average value.

【0015】そこで、乗算器4を使用し、加速度センサ
1により検出されて増幅器2を介して入力される加速度
信号を、振動印加駆動回路5から供給される駆動信号の
極性によりスイッチング、即ち、同期検波し、結果を極
性判定器7に入力して平均化する。図2を参照するに、
この平均化により、傾斜角60°においては負の加速度
信号となる極性判定の直流信号が得られ、傾斜角300
°においては正の加速度信号となる極性判定の直流信号
が得られる。以下、この同期検波による極性判定を図5
を参照して説明する。
Therefore, by using the multiplier 4, the acceleration signal detected by the acceleration sensor 1 and input through the amplifier 2 is switched, that is, synchronized, by the polarity of the drive signal supplied from the vibration applying drive circuit 5. Detection is performed and the result is input to the polarity determiner 7 and averaged. Referring to FIG.
By this averaging, a DC signal for polarity determination, which becomes a negative acceleration signal at an inclination angle of 60 °, is obtained.
At °, a DC signal for polarity determination, which is a positive acceleration signal, is obtained. Hereinafter, the polarity determination by this synchronous detection is shown in FIG.
Will be described with reference to.

【0016】図5は傾斜角300°近傍における動作を
説明する図である。この場合の同期検波を構成する加速
度センサの出力と極性を表す信号も乗算と平均化により
得られる直流信号の極性が求める加速度センサの傾斜の
極性となる。傾斜角300°の近傍においては、加速度
センサの傾斜の極性はプラスである。同期検波はデジタ
ル的にも処理することができる。即ち、デジタル的に処
理する場合、印加する回転振動に同期したタイミングで
加速度センサ出力をサンプリングし、交番にサンプリン
グされるデータをホールドして直接その大小を比較して
も極性を判定することができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation in the vicinity of an inclination angle of 300 °. In this case, the output of the acceleration sensor forming the synchronous detection and the signal indicating the polarity also become the polarity of the inclination of the acceleration sensor obtained by the polarity of the DC signal obtained by multiplication and averaging. In the vicinity of the inclination angle of 300 °, the inclination polarity of the acceleration sensor is positive. Synchronous detection can also be processed digitally. That is, in the case of digital processing, the polarity can be determined by sampling the output of the acceleration sensor at a timing synchronized with the applied rotational vibration, holding the sampled data alternately, and comparing the magnitudes directly. .

【0017】傾斜の大きさについては、加速度センサ1
の出力θをθ=cos-1(出力)で0<θ<180°の
範囲で求ることができる。但し、180°<θ<360
°の範囲でも同じ出力となるので、表示器に双方の範囲
を表示しておき、極性判定信号で何れかを選択する。こ
れにより1個のみ加速度センサ1を使用して360°の
角度範囲、或は−180°ないし+180°の角度範囲
の傾斜角表示をすることができる。
Regarding the magnitude of the inclination, the acceleration sensor 1
Output θ can be obtained in the range of 0 <θ <180 ° by θ = cos −1 (output). However, 180 ° <θ <360
Since the same output is obtained even in the range of °, both ranges are displayed on the display unit and either is selected by the polarity determination signal. Thereby, only one acceleration sensor 1 can be used to display the tilt angle in the angle range of 360 ° or in the angle range of −180 ° to + 180 °.

【0018】図1において、傾斜量算出器3、乗算器
4、極性判定器7、傾斜角度表示器8として、独立した
個別の回路、表示器表を使用して傾斜センサを構成する
こともできるが、増幅器2および振動印加駆動回路5か
ら供給される信号を全て演算処理装置CPUに読み込ん
で、ソフトウエアにより処理することもできる。図1に
おいては、また、加速度センサ1に回転振動を印加する
に振動印加アクチュエータ6を使用しているが、細管内
部を検査する小型測定機器10は、一般に、細管外部か
ら送り込まれるケーブルが一体にしている。この場合、
小型測定機器10をケーブルを介して操作している時に
生ずるケーブルの回転が加速度センサ1を具備する小型
測定機器10の回転と同期している。この場合、加速度
センサ1の回転振動に振動印加アクチュエータ6を特に
使用することなく、小型測定機器10をケーブルを介し
て操作する場合のケーブルの回転を振動印加アクチュエ
ータ6による回転の代わりに代用する。これを図6を参
照して説明するに、小型測定機器10を操作する場所
は、普通、各種の機器を位置決め設置する余地がない程
寸法制限のあることはないので、ロータリーエンコー
ダ、ジャイロ、2軸加速度センサその他の回転極性を検
出する装置を形状寸法の如何に関わらずに回転検出部
5’として設置する。そして、ケーブルを介して実施す
る小型測定機器10の操作を回転操作部6’として取り
扱い、この回転操作部6’による回転を回転検出部5’
により検出し、検出結果を演算処理装置CPUに読み込
んでソフトウエアで処理することにより、振動印加アク
チュエータ6を使用した場合と同様な作用、効果を奏す
ることができる。回転操作部6’による回転振動は不規
則、非連続的であるが、これを極性を表す信号として充
分に使用することができる。
In FIG. 1, an inclination sensor can be constructed by using independent individual circuits and display tables as the inclination amount calculator 3, the multiplier 4, the polarity determiner 7, and the inclination angle indicator 8. However, all the signals supplied from the amplifier 2 and the vibration applying drive circuit 5 can be read into the arithmetic processing unit CPU and processed by software. In FIG. 1, the vibration applying actuator 6 is used to apply rotational vibration to the acceleration sensor 1. However, a small measuring device 10 for inspecting the inside of a thin tube generally has an integrated cable fed from the outside of the thin tube. ing. in this case,
The rotation of the cable that occurs when the small measuring device 10 is operated via the cable is synchronized with the rotation of the small measuring device 10 including the acceleration sensor 1. In this case, the rotation of the cable when the small measuring device 10 is operated via the cable is substituted for the rotation by the vibration applying actuator 6 without using the vibration applying actuator 6 for the rotational vibration of the acceleration sensor 1. This will be described with reference to FIG. 6. Since the place where the small measuring device 10 is operated is not usually limited in size so that there is no room for positioning and installing various devices, a rotary encoder, a gyro, An axial acceleration sensor and other devices for detecting the rotation polarity are installed as the rotation detection unit 5'regardless of their shape and dimensions. Then, the operation of the small measuring device 10 performed via the cable is treated as the rotation operation unit 6 ′, and the rotation by this rotation operation unit 6 ′ is detected by the rotation detection unit 5 ′.
And the detection result is read into the arithmetic processing unit CPU and processed by software, the same operation and effect as when the vibration applying actuator 6 is used can be obtained. The rotation vibration by the rotation operation unit 6'is irregular and discontinuous, but it can be sufficiently used as a signal indicating the polarity.

【0019】図7を参照するに、小型測定機器10が胃
カメラの如くカメラを搭載している場合、回転検出部
5’の回転極性を検出する装置としてこの搭載カメラを
使用する。即ち、回転操作部6’によるカメラの回転に
対応する撮像画像信号を処理して回転を検出する。搭載
カメラから出力される或る瞬間の画像信号を記憶装置に
記憶し、この画像が何れの方向へ回転したかを次の瞬間
の画像と比較し、比較結果により回転極性信号を得るこ
とができる。
Referring to FIG. 7, when the small measuring device 10 is equipped with a camera such as a gastric camera, this mounted camera is used as a device for detecting the rotation polarity of the rotation detecting section 5 '. That is, the rotation is detected by processing the captured image signal corresponding to the rotation of the camera by the rotation operation unit 6 ′. The image signal at a certain moment output from the on-board camera is stored in the storage device, which direction the image is rotated is compared with the image at the next moment, and the rotation polarity signal can be obtained from the comparison result. .

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、1軸の加速度センサに回転方向の機械的変調を加
え、得られた傾斜測定データを回転方向の極性で同期検
波することにより、通常は1軸の速度センサのみでは得
られない角度範囲の傾斜角情報を得ることができる。即
ち、形状寸法に制限があり、加速度センサを1個しか収
容取り付けることがきない場合でも、0〜360°の角
度範囲の傾斜角情報を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the uniaxial acceleration sensor is mechanically modulated in the rotational direction, and the obtained tilt measurement data is synchronously detected with the polarity in the rotational direction. In general, it is possible to obtain tilt angle information in an angular range that cannot be obtained only with a single-axis speed sensor. That is, even if only one acceleration sensor can be accommodated and attached due to the limited shape and size, it is possible to obtain the tilt angle information in the angle range of 0 to 360 °.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example.

【図2】加速度センサの回転角度−センサ出力特性を示
す図。
FIG. 2 is a diagram showing a rotation angle-sensor output characteristic of an acceleration sensor.

【図3】静電容量型の加速度センサを説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a capacitance type acceleration sensor.

【図4】振動印加アクチュエータを説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a vibration applying actuator.

【図5】同期検波による極性判定を説明する図。FIG. 5 is a diagram for explaining polarity determination by synchronous detection.

【図6】他の実施例を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating another embodiment.

【図7】更なる他の実施例を説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating still another embodiment.

【図8】従来例を説明する図。FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加速度センサ 4 乗算器 5 振動印加駆動回路 6 振動印加アクチュエータ 61 回転振動取り付け板 62 圧電素子 1 Accelerometer 4 multiplier 5 Vibration application drive circuit 6 Vibration application actuator 61 Rotational vibration mounting plate 62 Piezoelectric element

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 加速度センサに入力される重力の大きさ
を検出して加速度センサの入力軸の重力方向に対する傾
斜を測る傾斜センサにおいて、 1軸の加速度センサを具備し、 加速度センサの入力軸に垂直に設定された回転軸周りに
加速度センサを回転振動させる回転振動印加装置を具備
し、 回転振動に同期した信号に基づいて加速度センサの回転
軸周りの傾斜方向の極性を判定する極性判定装置を具備
することを特徴とする傾斜センサ。
1. An inclination sensor that detects the magnitude of gravity input to an acceleration sensor to measure the inclination of an input axis of the acceleration sensor with respect to the direction of gravity. The inclination sensor includes a uniaxial acceleration sensor, and the input axis of the acceleration sensor is A polarity determination device that includes a rotational vibration applying device that rotationally vibrates the acceleration sensor around a rotation axis that is set vertically, and that determines the polarity of the acceleration sensor around the rotation axis in the tilt direction based on a signal synchronized with the rotational vibration. An inclination sensor, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載される傾斜センサにおい
て、 極性判定装置は、加速度センサの出力する加速度信号に
回転振動に同期した信号であってその回転振動方向の極
性を表わす参照信号を加速度信号に乗算する乗算器を有
するものであることを特徴とする傾斜センサ。
2. The tilt sensor according to claim 1, wherein the polarity determination device accelerates a reference signal that is a signal synchronized with the rotational vibration of the acceleration signal output from the acceleration sensor and that represents the polarity in the rotational vibration direction. A tilt sensor having a multiplier for multiplying a signal.
【請求項3】 請求項2に記載される傾斜センサにおい
て、 回転振動印加装置は、加速度センサを載置した回転振動
取り付け板に回転振動を生起する圧電素子を有する振動
印加アクチュエータと、振動印加アクチュエータを駆動
する振動印加駆動回路とにより構成され、振動印加駆動
回路を乗算器に接続したことを特徴とする傾斜センサ。
3. The tilt sensor according to claim 2, wherein the rotary vibration applying device includes a vibration applying actuator having a piezoelectric element that causes rotary vibration on a rotary vibration mounting plate on which an acceleration sensor is mounted, and a vibration applying actuator. And a vibration applying drive circuit for driving the vibration applying drive circuit, wherein the vibration applying drive circuit is connected to a multiplier.
【請求項4】 請求項1および請求項2の内の何れかに
記載される傾斜センサにおいて、 回転振動印加装置は加速度センサに接続してこれを操作
する回転操作部より成り、 回転操作部の回転振動を検出する回転検出器を具備し、 回転検出器の検出信号を回転振動に同期した信号として
乗算器に印加することを特徴とする傾斜センサ。
4. The tilt sensor according to any one of claims 1 and 2, wherein the rotary vibration applying device is composed of a rotary operation unit which is connected to an acceleration sensor and operates the acceleration sensor. An inclination sensor comprising a rotation detector for detecting rotation vibration, and applying a detection signal of the rotation detector to the multiplier as a signal synchronized with the rotation vibration.
【請求項5】 請求項4に記載される傾斜センサにおい
て、 回転検出器はエンコーダ、ジャイロ、2軸加速度センサ
より選択された何れかであることを特徴とする傾斜セン
サ。
5. The tilt sensor according to claim 4, wherein the rotation detector is any one selected from an encoder, a gyro, and a biaxial acceleration sensor.
【請求項6】 請求項4に記載される傾斜センサにおい
て、 回転検出器は搭載カメラと、撮像画像信号を記憶する記
憶装置と、画像移動方向逐次比較部と、比較結果に基づ
いて回転極性を検出する回転極性検出部より成ることを
特徴とする傾斜センサ。
6. The tilt sensor according to claim 4, wherein the rotation detector includes an on-board camera, a storage device for storing a picked-up image signal, an image movement direction successive comparison unit, and a rotation polarity based on the comparison result. An inclination sensor comprising a rotation polarity detection unit for detecting.
【請求項7】 請求項5および請求項6の内の何れかに
記載される傾斜センサにおいて、 回転操作部は加速度センサに接続して延伸するケーブル
であることを特徴とする傾斜センサ。
7. The tilt sensor according to claim 5, wherein the rotary operation part is a cable which is connected to the acceleration sensor and extends.
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