JP3757546B2 - 外力計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば加速度センサ、角速度センサ等からなる外力検出手段から出力される検出信号中に含まれるランダムノイズ、ドリフト等の成分を除去してから積分して出力する外力計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、従来技術による外力計測装置は、例えば回転角を検出する装置の場合には、被測定物となる移動体の回転角を検出するために、角速度信号を積分して検出するようにしている。
【０００３】
しかし、角速度に対応した信号を積分して変位角度を求める場合には、ジャイロセンサ等の角速度センサによって検出された検出信号を積分するときに、積分の基準値となるセンサの検出値零が温度変化等の影響によりドリフトしてしまい、変位角度を示す積分値にこのドリフト成分が誤差として累積してしまう。また、この誤差は時間経過に伴って大きくなるため、変位角度を検出する際の大きな問題となっている。
【０００４】
この誤差を除去するために、一の従来技術として、特公平４−７６６１１号（特開昭６３−７８０１９号）公報に示すような積分型角度検出方法が知られている。
【０００５】
この従来技術は、センサから出力される検出信号が積分の基準値から基準範囲内にあるときには積分を中止し、検出信号がこの範囲を越えた時点の一定時間前から基準範囲内に入った時点の一定時間後までの間、検出信号の積分を実行するという不感帯処理を行うもので、ランダムノイズやドリフトがこの基準範囲内にあるときには、このノイズ成分を除去することができ、安定した変位角度信号を得ることができる。
【０００６】
また、積分の基準値となる検出値零が温度変動等により大きくドリフトする場合の対策としては、特開平７−３２４９４１号公報（以下、他の従来技術という）に示すようなオフセットドリフト補正装置が知られている。
【０００７】
この従来技術によるオフセットドリフト補正装置は、角速度を検出する角速度センサと、該角速度センサから出力される検出信号によって、移動体が旋回動作中か否かを判定する旋回判定手段と、該旋回判定手段によって移動体が旋回動作中でないと判断したときに、補正角速度を平滑した平均角速度を用いて角速度センサのオフセット補正値を推定して修正する適応フィルタとから構成される。
【０００８】
そして、この従来技術によるオフセットドリフト補正装置は、角速度センサからの出力とその時刻で推定された適応フィルタからの出力の差が推定値の誤差量となり、この値を平均化して、前記旋回判定手段で旋回中でないと判定したときだけ、適応フィルタを用いてオフセット補正値を更新する。これにより、十分な時間経過後には角速度センサのオフセット補正値が適応フィルタからの出力に収束し、推定オフセット補正値を角速度センサから差し引いた補正角速度を正確な角速度として処理することによって検出信号が温度ドリフトするのを防止し、ドリフト成分をキャンセルすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した一の従来技術による積分型角度検出方法では、ドリフトとランダムノイズの成分を除去して安定した積分信号を得るためには、基準範囲を検出信号のランダムノイズに対して十分に大きな値に設定する必要がある。このように、基準範囲を大きく設定すると、回転速度が低速の場合には角速度は基準範囲よりも小さくなり、実際には回転しているにも拘らず、角速度が零に設定されてしまい、低速時における変位角度が計測できなくなる。
【００１０】
一方、この従来技術において、低速時でも角度が計測できるように基準範囲を小さく設定すると、基準範囲を越えたランダムノイズに対しても積分を実行してしまい、正確な変位角度を計測することができないという問題がある。
【００１１】
また、他の従来技術によるオフセットドリフト補正装置は、オフセット補正値を遂次変化させるもので、適応フィルタからオフセットの推定値を求めるようとすると時間遅れが生じて、実際の真のオフセット補正値と推定オフセット補正値との間にずれが生じる。このため、ずれた分が積分値に影響し、静止しているにも拘らず角度値が変化するという誤差が生じる可能性がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は簡単な処理によって、検出信号中のドリフト成分、ランダムノイズ成分等を同時に除去することのできる外力計測装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による外力計測装置は、図１に示すように、被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段１０１と、該外力検出手段１０１から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段１０２と、該減算手段１０２から出力される減算値を平滑化した平均値として出力する平滑手段１０３と、前記外力検出手段１０１に外力が作用しているか否かを平滑化した平均値を用いて判定する判定手段１０４と、該判定手段１０４によって外力が作用していないと判定したときには零値を被積分値として出力し、外力が作用していると判定したときには前記減算手段１０２から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段１０５と、該被積分値出力手段１０５から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段１０６とから構成したことにある。
【００１４】
このように構成することにより、減算手段１０２では、外力検出手段１０１から出力された検出値からオフセット補正値を減算し、平滑手段１０３ではこの減算値を平滑化した平均値として出力する。これにより、ランダムノイズを滑らかにして該ノイズの波高値を低減することができる。
【００１５】
また、判定手段１０４では、平滑手段１０３から出力される平均値が基準範囲内にあるか否かで、外力検出手段１０１に真に外力が加わっているか否かを判定する。被積分値出力手段１０５では、該判定手段１０４で真に外力が加わっていないノイズと判定したときには零値を被積分値として出力し、真に外力が加わっていると判定したときには前記減算手段１０２から出力される減算値を被積分値として出力する。これにより、被積分値出力手段１０５から出力される被積分値中のランダムノイズを低減でき、積分手段１０６で積分した計測値中の誤差を低減できる。
【００１６】
しかも、平滑手段１０３では減算値を平滑化することにより、減算値に含まれるランダムノイズの波高値を小さくできるから、被積分値出力手段１０５における基準範囲の設定を小さくすることができ、外力検出手段１０１に真に外力が加わっていると判定できる範囲を広げることができ、小さい外力が印加された場合でもこの外力を検知できる。
【００１７】
また、請求項２の発明による外力計測装置は、図２に示すように、被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段２０１と、該外力検出手段２０１から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段２０２と、該減算手段２０２から出力される減算値を平滑化した第１の平均値として出力する第１の平滑手段２０３と、前記外力検出手段２０１に外力が作用しているか否かを前記第１の平均値を用いて判定する第１の判定手段２０４と、該第１の判定手段２０４によって外力が作用していないと判定したときには零値を被積分値として出力し、外力が作用していると判定したときには前記減算手段２０２から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段２０５と、該被積分値出力手段２０５から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段２０６と、前記減算手段２０２によって減算するときのオフセット補正値を更新するか否かを前記第１の平均値を用いて判定する第２の判定手段２０７と、該第２の判定手段２０７によってオフセット補正値を更新する第１の平均値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段２０１から出力される検出値を平滑化した第２の平均値として出力する第２の平滑手段２０８と、該第２の平滑手段２０８から出力される第２の平均値を前記減算手段２０２のオフセット補正値として更新するオフセット補正値更新手段２０９とから構成したことにある。
【００１８】
このように構成することにより、請求項１の発明と同様に、第１の平滑手段２０３では減算値を平滑化することにより、減算値に含まれるランダムノイズの波高値を小さくでき、第１の判定手段２０４における判定基準を低くでき、外力検出手段２０１に真に外力が加わっていると判定できる範囲を広げることができ、実際の外力に近い被積分値を得ることができる。
【００１９】
しかも、第２の判定手段２０７では、第１の平均値を用いてオフセット補正値を更新するか否かを判定し、オフセット補正値を更新すると判定したときには、第２の平滑手段２０８で前記外力検出手段２０１から出力される検出値を第２の平均値とし、オフセット補正値更新手段２０９でこの平均値を、前記減算手段２０２のオフセット補正値として更新する。これにより、減算手段２０２で検出値からこのオフセット補正値を常に減算することにより、検出値中のドリフト成分を低減することができ、実際の角速度により近い被積分値を被積分値出力手段２０５から積分手段２０６に向けて出力することができる。
【００２０】
さらに、請求項３の発明では、被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段３０１と、該外力検出手段３０１から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段３０２と、該減算手段３０２から出力される減算値を平滑化した第１の平均値として出力する第１の平滑手段３０３と、前記外力検出手段３０１に外力が作用しているか否かを判定するために、該第１の平滑手段３０３から出力される第１の平均値が予め定められた第１の基準範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段３０４と、該第１の判定手段３０４によって第１の平均値が第１の基準範囲内にあると判定したときには零値を被積分値として出力し、第１の平均値が第１の基準範囲外にあると判定したときには前記減算手段３０２から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段３０５と、該被積分値出力手段３０５から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段３０６と、前記減算手段３０２によって減算するときのオフセット補正値を更新するか否かを判定するために、前記減算手段３０２から出力される減算値が予め定められた第２の基準範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段３０７と、該第２の判定手段３０７によって減算値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段３０１から出力される検出値を平滑化した第２の平均値として出力する第２の平滑手段３０８と、該第２の平滑手段３０８から出力される第２の平均値を前記減算手段のオフセット補正値として更新するオフセット補正値更新手段３０９とから構成したことにある。
【００２１】
このように構成することにより、請求項１の発明と同様に、第１の平滑手段３０３では減算値を平滑化することにより、減算値に含まれるランダムノイズの波高値を小さくでき、第１の判定手段３０４における第１の基準範囲の設定を小さくでき、外力検出手段３０１に真に外力が加わっていると判定できる範囲を広げることができ、実際の外力に近い被積分値を得ることができる。
【００２２】
しかも、第２の判定手段３０７では、減算手段２０２から出力される減算値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、減算値が基準範囲内にあると判定したときには、第２の平滑手段３０８で前記外力検出手段３０１から出力される検出値を第２の平均値とし、オフセット補正値更新手段３０９でこの平均値を、前記減算手段３０２のオフセット補正値として更新する。これにより、減算手段３０２で検出値からこのオフセット補正値を常に減算することにより、外力検出手段３０１で検出される検出値中のドリフト成分（温度ドリフト等）を低減することができ、実際の角速度により近い被積分値を被積分値出力手段３０５から積分手段３０６に向けて出力することができる。
【００２３】
請求項４の発明では、図２、図３に示すように、第２の判定手段２０７（３０７）における第２の基準範囲を、当該装置の起動時には通常処理時の範囲よりも大きく設定したことにある。
【００２４】
上記構成により、装置の起動時には外力検出手段２０１（３０１）等の動作が不安定となった場合でも、第２の基準範囲を大きくすることで、起動時における大きなドリフトを補正でき、減算手段２０２（３０２）から出力される減算値を安定させて出力することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。ここで、図４ないし図２６は本発明による実施例を示すに、本実施例では、外力計測装置として角速度計測装置を例に挙げて説明する。
【００２６】
まず、第１の実施例を図４ないし図７に基づいて説明する。
【００２７】
１は本実施例による角速度センサで、該角速度センサ１は被測定物となる移動体（図示せず）に設けられ、該角速度センサ１は、コリオリ力を用いて角速度を検出するジャイロセンサ等が用いられている。
【００２８】
２はアナログ−ディジタル変換回路（以下Ａ／Ｄ変換回路という）で、該Ａ／Ｄ変換回路２は前記角速度センサ１から読込んだアナログ検出信号を所定時間毎に読込んで、アナログ信号をディジタル信号に変換して、検出値Ｖinを出力するものである。
【００２９】
３はＡ／Ｄ変換回路２の次段に設けられた演算回路を示し、該演算回路３は後述する減算回路４、平滑回路５、判定回路６、被積分値出力回路７、積分回路８等から大略構成されている。
【００３０】
ここで、演算回路３の構成について説明するに、減算回路４は、角速度センサ１から検出されたｎ番目の検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ01を減算して減算値ＶAnを得るもので、下記の数１のようにして算出される。
【００３１】
【数１】
ＶAn＝Ｖn −Ｖ01
【００３２】
平滑回路５は、前記減算回路４から出力される減算値ＶAnの移動平均を下記の数２のように演算して平均値ＶBnを算出する。これにより、該平均値ＶBnは、高周波分を平滑化して減算値ＶAn中のランダムノイズを低減する。
【００３３】
【数２】
但し、Ｍ1 ：２以上の整数
【００３４】
また、判定回路６には、付設された記憶回路６Ａ内に角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するための基準範囲Ｖs が記憶されている。そして、該判定回路６は、平滑回路５から出力される移動平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖs 内にあると判定したときには判定信号ＶC を被積分値出力回路７に向けて出力する。
【００３５】
被積分値出力回路７は、判定回路６から出力される判定信号ＶC を受けて、該判定信号ＶC の入力があるときには零値を被積分値ＶDnとし、判定信号ＶC の入力がないときには前記減算回路４から出力される減算値ＶAnを被積分値ＶDnとして出力する。このように、該被積分値出力回路７は判定信号ＶC の有無によって零値と減算値ＶAnとを選択し、この信号を被積分値ＶDnとして出力するスイッチング動作を行っている。
【００３６】
積分回路８は、被積分値出力回路７から出力される被積分値ＶDnを積分し、この結果を変位角度θn を示す計測値ＶOnとして信号出力回路９に出力する。
【００３７】
さらに、９は演算回路３の次段に設けられた信号出力回路で、該信号出力回路９は演算回路３で演算された計測値ＶOnを後続された回路（図示せず）に出力する。
【００３８】
次に、図５の処理プログラムに基づいて、演算回路３の被積分値出力処理の動作について説明する。
【００３９】
まず、ステップ１では、所定時間毎（例えば、２０ｍＳ）に角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を読込み（図６の波形（イ）参照）、ステップ２では、読込んだ検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ01を減算した減算値ＶAnを、Ｖn −Ｖ01として演算する（図６の波形（ロ）参照）。
【００４０】
ステップ３では、減算値ＶAnの移動平均値ＶBnを前記数２に基づいて演算し、減算値ＶAnに加わっているランダムノイズを低減させることにより、図７の波形（ハ）のような平均値ＶBnを得る。
【００４１】
ステップ４では、この平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 内にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、検出信号値Ｖn は角速度センサ１に角速度が加わっていないときのノイズであると判断してステップ５に移る。そして、ステップ５では減算値ＶAnを零値に設定する（図７の波形（ホ）の領域ａ参照）。
【００４２】
一方、ステップ４で「ＮＯ」と判定した場合には、平均値ＶBnが基準範囲Ｖs を越えた場合であるから、角速度センサ１に真に角速度が加わっていると判断してステップ６に移る。そして、ステップ６では減算値ＶAnをそのまま出力する（図７の波形（ホ）の領域ｂ参照）。
【００４３】
さらに、ステップ７では、このように設定された減算値ＶAnを被積分値ＶDnに置換し、ステップ８では、この被積分値ＶDnを積分して計測値ＶOnを得る（図７の波形（ヘ）参照）。そして、ステップ９にてリターンする。
【００４４】
次に、図６と図７の波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について、図５の処理との関係において説明する。
【００４５】
まず、図６中で上段の波形（イ）は角速度センサ１からＡ／Ｄ変換回路２を介して演算回路３に入力される検出信号値Ｖn 、下段の波形（ロ）はＶn −Ｖ01により減算されて減算回路４から出力される減算値ＶAnをそれぞれ示す。また、図７中で上段の波形（ハ）は減算値ＶAnを前記数２のように移動平均して平滑回路５から出力される平均値ＶBn、波形（ニ）は判定回路６から出力される判定信号ＶC 、波形（ホ）は被積分値出力回路７から出力される被積分値ＶDnをそれぞれ示し、下段の波形（ヘ）は積分回路８から出力される計測値ＶOnを示す。
【００４６】
まず、図６中の波形（イ）の検出信号値Ｖn は、温度変化、経時劣化等によるドリフト信号Ｄを傾きとした右上りの波形となる。また、角速度が加わっていない部分にはランダムノイズが重畳している。
【００４７】
ステップ２の処理により、減算値ＶAnを算出し、波形（ロ）のようにオフセット補正値Ｖ01分だけ減算してシフトさせる。次に、ステップ３の処理により、ノイズ分を低減させるために数２の移動平均を演算し、波形（ハ）のように周波数の高い波形を除去し、ノイズ成分を低減する。
【００４８】
ステップ４〜７の処理では、平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 内にある場合、即ち領域ａ，ａのときには、波形（二）に示す判定信号ＶC を判定回路６から被積分値出力回路７に向けて出力し、該被積分値出力回路７では、この判定信号ＶC を受けて減算値ＶAnを零に設定し、この減算値ＶAnを被積分値ＶDnとして積分回路８に出力する（波形（ホ）の領域ａ参照）。
【００４９】
一方、平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 外にある場合、即ち領域ｂのときには、判定信号ＶC は出力されていないから、被積分値出力回路７では、この判定信号ＶC を受けて減算値ＶAnをそのまま出力し、被積分値出力回路７からはこの減算値ＶAnを被積分値ＶDnとして積分回路８に出力する（波形（ホ）の領域ｂ参照）。
【００５０】
このように構成される本実施例の角速度計測装置においては、積分回路８に入力される被積分値ＶDnを、検出信号値Ｖn 中のドリフト成分とランダムノイズ成分とを除去した波形に設定でき、この被積分値ＶDnをステップ８の処理により積分することによって、正確な変位角度θn を検出することができる（図７中の波形（ヘ）参照）。
【００５１】
また、減算回路４と判定回路６との間に平滑回路５を設けたから、該平滑回路５から出力される平均値ＶBnには検出信号値Ｖn または減算値ＶAnに含まれるランダムノイズを低減することができる。
【００５２】
これにより、判定回路６では、平滑回路５から出力される平均値ＶBnと基準範囲Ｖs とを比較し、角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するようにしたから、判定対象となる平均値ＶBn中のノイズを低減することにより、角速度センサ１に角速度が真に加わっているか否かの判定を正確に行うことができる。
【００５３】
さらに、判定回路６では、平均値ＶBnと基準範囲Ｖs とを比較することにより判定を行っているから、平滑回路５により減算値ＶAn中のノイズが低減した分だけ、ノイズによって基準範囲Ｖt を越えるのを低減できる。そして、被積分値出力回路７から出力される被積分値ＶDnには、ノイズを被積分値ＶDnとして出力されるのを低減することができる。
【００５４】
しかも、一の従来技術のようにノイズによる誤検出を防止するために、不感帯処理の領域となる基準範囲を大きく設定する必要もなくなり、角速度センサ１に加わる角速度が小さいときでも角速度に対応した角度変位θn を測定することができ、角速度の検出感度を高めることができる。
【００５５】
なお、本実施例では、検出信号値Ｖn にランダムノイズとドリフトの成分が重畳した場合について補正するために、基準範囲Ｖs を大きく設定しているが、ランダムノイズだけが重畳した検出信号値Ｖn の場合には、基準範囲Ｖs を小さく設定でき、角速度の検出範囲を広げることができる。
【００５６】
次に、図８ないし図１３に基づいて、本発明による第２の実施例について説明する。
【００５７】
本実施例の特徴は、第１の実施例による被積分値出力処理に加えてオフセット補正値更新設定処理を行うものである、そして、このオフセット補正値更新設定処理は、減算値を平滑化した平均値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、平均値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段から出力される検出値を平滑した平均値を減算手段によって減算するときのオフセット補正値として更新設定したものである。
【００５８】
なお、本実施例では、前述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５９】
１１はＡ／Ｄ変換回路２の次段に設けられた演算回路を示し、該演算回路１１は第１実施例で述べた回路とほぼ同様に、被積分値出力処理を行うために構成された後述の減算回路１２、第１の平滑回路１３、第１の判定回路１４、被積分値出力回路１５、積分回路１６等と、新たにオフセット補正値更新設定処理を行うために構成された第２の判定回路１７、第２の平滑回路１８、オフセット補正値更新回路１９等からなる。
【００６０】
ここで、演算回路１１の構成について説明するに、減算回路１２は、角速度センサ１から検出されたｎ番目の検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ02を減算し、減算値ＶEnを得るもので、下記の数３のようにして算出される。
【００６１】
【数３】
ＶEn＝Ｖn −Ｖ02
【００６２】
第１の平滑回路１３は、前記減算回路１２から出力される減算値ＶEnの移動平均を下記の数４のように演算して第１の平均値ＶFnを算出する。これにより、該平均値ＶF は、高周波分を平滑化して減算値ＶEn中のランダムノイズを低減する。
【００６３】
【数４】
但し、Ｍ1 ：２以上の整数
【００６４】
第１の判定回路１４には、付設された記憶回路１４Ａ内に角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するための基準範囲Ｖt1が記憶されている。そして、該判定回路１４は、第１の平滑回路１３から出力される第１の平均値ＶFnが基準範囲Ｖt1内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖt1内にあると判定したときには第１の判定信号ＶG を被積分値出力回路１５に向けて出力する。
【００６５】
被積分値出力回路１５は、第１の判定回路１４から出力される第１の判定信号ＶG を受けて、該第１の判定信号ＶG の入力があるときには零値を被積分値ＶHnとし、第１の判定信号ＶG の入力がないときには前記減算回路１２から出力される減算値ＶEnを被積分値ＶHnとして出力する。このように、該被積分値出力回路１５は第１の判定信号ＶG の有無によって零値と減算値ＶEnとを選択し、この信号を被積分値ＶHnとして出力するスイッチング動作を行っている。
【００６６】
また、積分回路１６は、被積分値出力回路１５から出力される被積分値ＶHnを積分し、この結果を変位角度θn を示す計測値ＶOnとして信号出力回路９に出力する。
【００６７】
さらに、第２の判定回路１７には、付設された記憶回路１７Ａ内に減算回路１２によって減算するときのオフセット補正値Ｖ02を更新するか否かを判定するための基準範囲Ｖt2が記憶されている。そして、該第２の判定回路１７は、第１の平滑回路１３から出力される第１の平均値ＶFnが基準範囲Ｖt2内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖt2内にあると判定したときには第２の判定信号ＶI を第２の平滑回路１８に向けて出力する。
【００６８】
第２の平滑回路１８は、第２の判定回路１７から第２の判定信号ＶI が出力されたときに、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶJn′読込み、この補正基準値ＶJn′を数５の移動平均の式に基づいて第２の平均値ＶKn′を算出する。これにより、該平均値ＶKn′は、平滑化することにより検出信号値Ｖn 中のドリフトノイズを抽出する。
【００６９】
【数５】
但し、Ｍ2 ：２以上の整数
【００７０】
オフセット補正値更新回路１９は、第２の平滑回路１８から出力される第２の平均値ＶKn′を受けて、該第２の平均値ＶKn′をオフセット補正値Ｖ02として更新する。
【００７１】
次に、図９と図１０の処理プログラムに基づいて、本実施例の処理動作について説明する。
【００７２】
まず、ステップ１１では、所定時間毎（例えば、２０ｍＳ）にＡ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を読込み（図１１の波形（イ）参照）、ステップ１２では、読込んだ検出信号値Ｖn からオフセット補正値Ｖ02を減算した減算値ＶEnを演算する（図１１の波形（ハ）参照）。
【００７３】
ステップ１３では、減算値ＶEnの移動平均値ＶFnを前記数４に基づいて演算し、減算値ＶEnに加わっているランダムノイズを低減させることにより、図１２の波形（ニ）のような第１の平均値ＶFnを得る。
【００７４】
ステップ１４では、この第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1内にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1内にあるから、検出信号値Ｖn は角速度センサ１に角速度が加わっていないときのノイズであると判定してステップ１５に移る。そして、ステップ１５では減算値ＶEnを零値に設定する（図１２の波形（ヘ）のａ領域参照）。
【００７５】
一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定した場合には、第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1を越えた場合であるから、角速度センサ１に真に角速度が加わっていると判定してステップ１６に移る。そして、ステップ１６では減算値ＶEnをそのまま出力する（図１２の波形（ヘ）のｂ領域参照）。
【００７６】
さらに、ステップ１７では、このように設定された減算値ＶEnを被積分値ＶHnに設定し、ステップ１８では、この被積分値ＶHnを積分して計測値ＶOnを得る（図１２の波形（ト）参照）。そして、ステップ１９では図１０に示すオフセット補正値更新設定処理を行って、ステップ２０にてリターンする。
【００７７】
次に、オフセット補正値更新設定処理について、図１０を参照しつつ説明する。
【００７８】
まず、ステップ２１では、ステップ１３で算出した第１の平均値ＶFnが第２の基準範囲Ｖt2内にあるか否かを判定し、「ＮＯ」と判定した場合（図１３の波形（チ）のｄ領域参照）にはステップ２５に移ってリターンし、「ＹＥＳ」と判定した場合（図１３の波形（チ）のｃ領域参照）には、オフセット補正値Ｖ02を更新すべくステップ２２以降の処理を行う。
【００７９】
ステップ２２では、角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶJn′とし読込み、ステップ２３ではこの補正基準値ＶJn′の移動平均を数５のように演算して第２の平均値ＶKn′を得る。
【００８０】
さらに、ステップ２４では、この第２の平均値ＶKn′をオフセット補正値Ｖ02として減算回路１２に記憶し、ステップ２５でリターンする。
【００８１】
次に、図１１ないし図１３に示す波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について、図９と図１０の処理との関係で説明する。
【００８２】
まず、図１１中の上段の波形（イ）は角速度センサ１から演算回路１１に出力される検出信号値Ｖn 、波形（ロ）は減算回路１２にオフセット補正値更新回路１９から出力されるオフセット補正値Ｖ02で、波形（ハ）は減算回路１２から出力される減算値ＶEnをそれぞれ示す。
【００８３】
また、図１２中の上段の波形（ニ）は減算値ＶEnを前記数４のように移動平均した第１の平滑回路１３から出力される第１の平均値ＶFn、波形（ホ）は第１の判定回路１４から出力される第１の判定信号ＶG 、波形（ヘ）は被積分値出力回路１５から出力される被積分値ＶHn、下段の波形（ト）は積分回路１６から出力される積分結果となる計測値ＶOnをそれぞれ示す。
【００８４】
さらに、図１３中の上段の波形（チ）は減算値ＶEnを前記数４のように移動平均した第１の平均値ＶFn、波形（リ）は第２の判定回路１７から出力される第２の判定信号ＶI 、波形（ヌ）は第２の判定信号ＶI を受けて第２の平滑回路１８に読込まれる補正基準値ＶJn′、下段の波形（ル）は補正基準値ＶJn′を前記数５のように移動平均して第２の平滑回路１８から出力される第２の平均値ＶKn′をそれぞれ示す。
【００８５】
まず、図１１中の波形（イ）の検出信号値Ｖn は、温度変化、経時劣化等によるドリフト信号Ｄを傾きとした右上りの波形となる。また、角速度が加わっていない部分にはランダムノイズが重畳している。
【００８６】
ステップ１２の処理により、検出信号値Ｖn から波形（ロ）のオフセット補正値Ｖ02分だけ減算した減算値ＶEnを得る。次に、ステップ１３の処理により、ノイズ分を低減させるために数４の移動平均を演算し、波形（ニ）の第１の平均値ＶFnのように、周波数の高い波形を除去してノイズ成分を低減する。
【００８７】
ステップ１４〜１７の処理では、第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1内にある場合、即ち領域ａ，ａのときには、波形（ホ）に示す第１の判定信号ＶG を第１の判定回路１４から被積分値出力回路１５に向けて出力し、該被積分値出力回路１５では、この第１の判定信号ＶG を受けて減算値ＶEnを零値に設定し、被積分値出力回路１５からはこの減算値ＶEnを被積分値ＶHnとして積分回路１６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【００８８】
一方、第１の平均値ＶFnが基準範囲Ｖt1外にある場合、即ち領域ｂのときには、第１の判定信号ＶG は出力されていないから、被積分値出力回路１５では、この第１の判定信号ＶG を受けて減算値ＶEnをそのまま出力し、被積分値出力回路１５からはこの減算値ＶEnを被積分値ＶHnとして積分回路１６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【００８９】
さらに、図１３に示す波形図に基づいて、本実施例によるオフセット補正値更新設定処理について説明する。
【００９０】
ステップ２１では、ステップ１３で算出した第１の平均値ＶFnが第２の基準範囲Ｖt2内にある場合、即ち領域ｃ，ｃのときには、波形（リ）に示すように、第２の判定信号ＶI を第２の平滑回路１８に出力する。そして、該第２の平滑回路１８では、第２の判定信号ＶI を受けて、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を、波形（ヌ）に示す補正基準値ＶJn′に対して数５の移動平均を演算し、得られた第２の平均値ＶKn′をオフセット補正値更新回路１９に向けて出力する。
【００９１】
ここで、第２の判定回路１７から出力される第２の平均値ＶKn′は、周波数の高い波形を除去し、ノイズ成分を除去した値となる。そして、この第２の平均値ＶKn′はオフセット補正値Ｖ02（波形（ロ）と波形（ル））となる。
【００９２】
このように構成される本実施例の角速度計測装置では、前述した如く、被積分値出力を補正することによって検出信号値Ｖn が重畳したランダムノイズを除去し、オフセット補正値を更新することによって検出信号値Ｖn のドリフト成分を除去することができる。
【００９３】
かくして、本実施例では、第１の判定回路１４における第１の基準範囲Ｖt1を、第１の実施例による基準範囲Ｖs に比べて大幅に小さくすることができ、被積分値出力回路１５から出力される被積分値ＶHnには、演算回路１１に加わる実際の角速度に近い値を得ることができ、変位角度θn を感度良く検出することができる。
【００９４】
次に、図１４ないし図１９に基づいて、本発明による第３の実施例について説明する。
【００９５】
本実施例の特徴は、第１の実施例による被積分値出力処理に加えてオフセット補正値更新設定処理を行うものである。そして、このオフセット補正値更新設定処理は、減算値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、平均値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段から出力される検出値を平滑した平均値を減算手段によって減算するときのオフセット補正値として更新設定したものである。
【００９６】
なお、本実施例では、前述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９７】
２１はＡ／Ｄ変換回路２の次段に設けられた演算回路を示し、該演算回路２１は第１実施例で述べた回路とほぼ同様に、被積分値出力処理を行うために構成された後述の減算回路２２、第１の平滑回路２３、第１の判定回路２４、被積分値出力回路２５、積分回路２６と、新たにオフセット補正値更新設定処理を行うために構成された第２の判定回路２７、第２の平滑回路２８、オフセット補正値更新回路２９からなる。
【００９８】
ここで、演算回路２１の構成について説明するに、減算回路２２は、角速度センサ１から検出されたｎ番目の検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ03を減算し、減算値ＶLnを得るもので、下記の数６のようにして算出される。
【００９９】
【数６】
ＶLn＝Ｖn −Ｖ03
【０１００】
第１の平滑回路２３は、前記減算回路２２から出力される減算値ＶLnの移動平均を下記の数７のように演算して第１の平均値ＶMnを算出する。これにより、該第１の平均値ＶMnは、高周波分を平滑化して減算値ＶLn中のランダムノイズを低減する。
【０１０１】
【数７】
但し、Ｍ1 ：２以上の整数
【０１０２】
第１の判定回路２４には、付設された記憶回路２４Ａ内に角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するための基準範囲Ｖu1が記憶されている。そして、該判定回路２４は、第１の平滑回路２３から出力される第１の平均値ＶMnが基準範囲Ｖu1内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖu1内にあると判定したときには第１の判定信号ＶN を被積分値出力回路２５に向けて出力する。
【０１０３】
被積分値出力回路２５は、第１の判定回路２４から出力される第１の判定信号ＶN を受けて、該第１の判定信号ＶN の入力があるときには零値を被積分値ＶPnとし、第１の判定信号ＶN の入力がないときには前記減算回路２２から出力される減算値ＶLnを被積分値ＶPnとして出力する。このように、該被積分値出力回路２５は第１の判定信号ＶN の有無によって零値と減算値ＶLnとを選択し、この信号を被積分値ＶPnとして出力するスイッチング動作を行っている。
【０１０４】
また、積分回路２６は、被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPnを積分し、この結果を変位角度θn を示す計測値ＶOnとして信号出力回路９に出力する。
【０１０５】
さらに、第２の判定回路２７には、付設された記憶回路２７Ａ内に減算回路２２によって減算するときのオフセット補正値Ｖ03を更新するか否かを判定するための基準範囲Ｖu2が記憶されている。そして、該第２の判定回路２７は、減算回路２２から出力される減算値ＶLnが基準範囲Ｖu2内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖu2内にあると判定したときには第２の判定信号ＶQ を第２の平滑回路２８に向けて出力する。
【０１０６】
第２の平滑回路２８は、第２の判定回路２７から第２の判定信号ＶQ が出力されたときに、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶRn′として読込み、この補正基準値ＶRn′を数８の移動平均の式に基づいて第２の平均値ＶSn′を算出する。これにより、該平均値ＶSn′は、高周波分を平滑化することにより検出信号値Ｖn 中のオフセットドリフトを抽出する。
【０１０７】
【数８】
但し、Ｍ2 ：２以上の整数
【０１０８】
オフセット補正値更新回路２９は、第２の平滑回路２８から出力される第２の平均値ＶSn′を受けて、該第２の平均値ＶSn′をオフセット補正値Ｖ03として更新する。
【０１０９】
次に、図１５と図１６の処理プログラムに基づいて、本実施例の処理動作について説明する。
【０１１０】
まず、ステップ３１では、所定時間毎（例えば、２０ｍＳ）に角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を読込み（図１７の波形（イ）参照）、ステップ３２では、読込んだ検出信号値Ｖn からオフセット補正値Ｖ03を減算した減算値ＶLnを演算する（図１７の波形（ハ）参照）。
【０１１１】
ステップ３３では、減算値ＶLnの移動平均値ＶMnを前記数６に基づいて演算し、減算値ＶLnに加わっているランダムノイズを低減させることにより、図１８の波形（ニ）のような第１の平均値ＶMnを得る。
【０１１２】
ステップ３４では、この第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1内にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1内にある場合であるから、検出信号値Ｖn は角速度センサ１に角速度が加わっていないときのノイズであると判定してステップ３５に移る。そして、ステップ３５では減算値ＶLnを零値に設定する（図１８の波形（ヘ）の領域ａ参照）。
【０１１３】
一方、ステップ３４で「ＮＯ」と判定した場合には、第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1を越えた場合であるから、角速度センサ１に真に角速度が加わっていると判定してステップ３６に移る。そして、ステップ３６では減算値ＶLnをそのまま出力する（図２２の波形（ヘ）の領域ｂ参照）。
【０１１４】
さらに、ステップ３７では、このように設定された減算値ＶLnを被積分値ＶPnに設定し、ステップ３８では、この被積分値ＶPnを積分して計測値ＶOnを得る（図１８の波形（ト）参照）。そして、ステップ３９では図１６に示すオフセット補正値更新設定処理を行って、ステップ４０にてリターンする。
【０１１５】
次に、図１６のオフセット補正値更新設定処理について説明する。
【０１１６】
まず、ステップ４１では、ステップ３３で算出した第１の平均値ＶMnが第２の基準範囲Ｖu2内にあるか否かを判定し、「ＮＯ」と判定した場合（図１９の波形（チ）の領域ｄ参照）にはステップ４５に移りリターンし、「ＹＥＳ」と判定した場合（図１９の波形（チ）の領域ｃ参照）には、オフセット補正値Ｖ03を更新設定すべくステップ４２以降の処理を行う。
【０１１７】
ステップ４２では、角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶRn′とし読込み、ステップ４３ではこの補正基準値ＶRn′の移動平均を数８のように演算して第２の平均値ＶSn′を得る。
【０１１８】
さらに、ステップ４４では、この第２の平均値ＶSn′をオフセット補正値Ｖ03として減算回路２２に記憶し、ステップ４５でリターンする。
【０１１９】
次に、図１７ないし図１９に示す波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について、図１５と図１６の処理との関係で説明する。
【０１２０】
まず、図１７中の上段の波形（イ）は角速度センサ１から演算回路２２に出力される検出信号値Ｖn 、波形（ロ）は減算回路２２にオフセット補正値更新回路２９から出力されるオフセット補正値Ｖ03で、波形（ハ）は減算回路２２から出力される減算値ＶLnをそれぞれ示す。
【０１２１】
また、図１８中の上段の波形（ニ）は減算値ＶLnを前記数７のように移動平均した第１の平滑回路２３から出力される第１の平均値ＶMn、波形（ホ）は第１の判定回路２４から出力される第１の判定信号ＶN 、波形（ヘ）は被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPn、下段の波形（ト）は積分回路２６から出力される積分結果となる計測値ＶOnをそれぞれ示す。
【０１２２】
さらに、図１９中の上段の波形（チ）は減算回路２２から出力される減算値ＶLn、波形（リ）は第２の判定回路２７から出力される第２の判定信号ＶQ 、波形（ヌ）は第２の判定信号ＶQ を受けて第２の平滑回路２８に読込まれる補正基準値ＶRn′、下段の波形（ル）は補正基準値ＶRn′を前記数８のように移動平均して第２の平滑回路２８から出力される第２の平均値ＶSn′をそれぞれ示す。
【０１２３】
まず、図１７中の波形（イ）の検出信号値Ｖn は、温度変化、経時劣化等によるドリフト信号Ｄを傾きとした右上りの波形となる。また、角速度が加わっていない部分にはランダムノイズが重畳している。
【０１２４】
ステップ３２の処理により、検出信号値Ｖn から波形（ロ）のオフセット補正値Ｖ03分だけ減算した減算値ＶLnを得る。次に、ステップ３３の処理により、ノイズ分を低減させるために数７の移動平均を演算し、波形（ニ）の第１の平均値ＶMnのように、周波数の高い波形を除去してノイズ成分を低減する。
【０１２５】
ステップ３４〜３７の処理では、第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1内にある場合、即ち領域ａ，ａのときには、波形（ホ）に示す第１の判定信号ＶN を第１の判定回路２４から被積分値出力回路２５に向けて出力し、該被積分値出力回路２５では、この第１の判定信号ＶN を受けて減算値ＶLnを零値に設定し、被積分値出力回路２５からはこの減算値ＶLnを被積分値ＶPnとして積分回路２６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【０１２６】
一方、第１の平均値ＶMnが基準範囲Ｖu1外にある場合、即ち領域ｂのときには、第１の判定信号ＶN は出力されていないから、被積分値出力回路２５では、この第１の判定信号ＶN を受けて減算値ＶLnをそのまま出力し、被積分値出力回路２５からはこの減算値ＶLnを被積分値ＶPnとして積分回路２６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【０１２７】
一方、図１９に示す波形図に基づいて、図１６のオフセット補正値更新設定処理について説明する。
【０１２８】
ステップ４１では、ステップ３２で演算した減算値ＶLnが第２の基準範囲Ｖu2内にある場合、即ち領域ｃ，ｃのときには、波形（リ）に示すように、第２の判定信号ＶQ を第２の平滑回路２８に出力する。そして、該第２の平滑回路２８では、第２の判定信号ＶQ を受けて、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を、波形（ヌ）に示す補正基準値ＶRn′に対して数８の演算を行い、得られた第２の平均値ＶSn′をオフセット補正値更新回路２９に向けて出力する。
【０１２９】
ここで、第２の平滑回路２８から出力される第２の平均値ＶSn′は、周波数の高い波形を除去し、ノイズ成分を除去した値となる。そして、この第２の平均値ＶSn′はオフセット補正値Ｖ03（波形（ロ）と波形（ル））となる。
【０１３０】
このように構成される本実施例の角速度計測装置では、前述した如く、被積分値出力を補正することによって検出信号値Ｖn に重畳したドリフトノイズを抽出でき、オフセット補正値を更新することによって検出信号値Ｖn のドリフト成分を除去することができる。
【０１３１】
かくして、本実施例では、第１の判定回路２４における第１の基準範囲Ｖu1を、第２の実施例による基準範囲Ｖt1に比べて大幅に小さくすることができ、被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPnには、演算回路２１に加わる実際の角速度に近い値を得ることができ、変位角度θの感度良く検出することができる。
【０１３２】
しかも、オフセット補正値更新設定処理は、減算値ＶLnの信号が第２の基準範囲Ｖu2内にあるか否かを判定するようにしたから、前記第２の実施例に比べて、移動平均の演算を行わない分だけ、時間差をなくすことができ、減算回路２２から出力される減算値ＶLn中のノイズ分を低減することができる。
【０１３３】
さらに、図２０ないし図２６に基づいて、本発明による第４の実施例について説明する。
【０１３４】
本実施例の特徴は、オフセット補正値更新設定処理に用いられる第２の基準範囲を、装置起動時に通常処理時の範囲よりも大きく設定する前処理を行ったことにある。
【０１３５】
なお、本実施例では、前述した第２の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１３６】
３１は第２の基準範囲Ｖu2を設定する第２の基準範囲設定回路を示し、該第２の基準範囲設定回路３１は、オフセット補正値更新設定処理を行う第２の判定回路１７の記憶回路１７Ａに接続されている。また、該第２の基準範囲設定回路３１は、装置を起動するメインスイッチ（図示せず）が閉成してから基準時間Ｔ0 が経過するまでの間、第２の基準範囲Ｖt2を大きな信号値Ａに設定し、経過後には通常時の信号値Ｂ（Ａ＞Ｂ）に設定するものである。そして、この第２の基準範囲設定処理は、図２１に示すように、前述した被積分値出力処理とオフセット補正値更新設定処理の前処理として行うものである。
【０１３７】
ここで、図２２に示す処理プログラムに基づいて、本実施例によるオフセット補正値更新設定処理の動作について説明する。
【０１３８】
まず、ステップ６１で、メインスイッチが閉成したかを否かを検出し、該メインスイッチが閉成するまでこのステップ６１で待機する。
【０１３９】
ステップ６１で「ＹＥＳ」と判定した場合には、ステップ６２に移り、このステップ６２ではタイマＴをリセット：スタートさせる。
【０１４０】
ステップ６３では、タイマＴが基準時間Ｔ0 を経過したか否かを判定し、ステップ６３で「ＹＥＳ」と判定した場合には、基準時間Ｔ0 を経過しているから、ステップ６４に移る。ステップ６４では、第２の基準範囲Ｖt2を信号値Ｂに設定し、ステップ６６に移って、リターンする。
【０１４１】
一方、ステップ６３で「ＮＯ」と判定した場合には、未だ基準時間Ｔ0 が経過していないから、ステップ６５に移る。ステップ６５では、第２の基準範囲Ｖt2を信号値Ｂよりも大きな信号値Ａに設定し、ステップ６６に移って、リターンする。
【０１４２】
次に、図２３ないし図２５に示す波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について説明する。なお、各波形（イ）〜（ヌ）は前述した第２の実施例と同様位置の波形であるので、個々の波形についての説明は省略し、その特徴部分のみを説明する。
【０１４３】
まず、検出信号値Ｖn を示す波形（イ）では、装置起動時から基準時間Ｔ0 が経過するまでの領域ｅの間には、角速度センサ１の波形の乱れが現れている。
【０１４４】
一方、波形（チ）に示すように、第２の判定回路１７における第２の基準範囲Ｖt2は、第２の基準範囲設定回路３１によって基準時間Ｔ0 が経過するまでの間は大きな信号値Ａに設定され、基準時間Ｔ0 の経過後には通常時の信号値Ｂに設定される。
【０１４５】
これにより、オフセット補正値更新設定処理は、波形（イ）が乱れている領域ｅにおいて、オフセット補正値Ｖ02′を検出信号値Ｖn に近い波形に設定することができ、この領域ｅにある信号値をノイズとして扱うことができる。この結果、被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPnの領域ｅでは信号値を零に設定することができる。
【０１４６】
かくして、本実施例では、装置起動時におけるノイズを確実に除去することができ、装置起動時における検出誤差を低減し、高感度な変位角速検出を行うことができる。
【０１４７】
なお、前記第４の実施例では、第２の実施例について、前処理に当たる第２の基準範囲設定処理を行うようにしたが、図２６に示すように、第３の実施例で用いた第２の判定回路２７の記憶回路２７Ａに第２の基準範囲設定回路３１′を接続してもよく、この場合には、図２２中の処理プログラム中のステップ６４とステップ６５において括弧内の処理を行えばよい。
【０１４８】
また、第４の実施例では、第２の基準範囲Ｖt2（Ｖu2）を時間経過によって２段階に切換えるようにしたが、本発明はこれに限らず、第２の基準範囲Ｖt2（Ｖu2）を順次減少させるように設定してもよい。
【０１４９】
さらに、前記各実施例では、外力検出手段に角速度を検出する角速度センサ１を用いたものについて説明したが、本発明はこれに限らず、加速度を検出する加速度センサを用いたものでもよい。
【０１５０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によれば、減算手段で外力検出手段から出力された検出値からオフセット補正値を減算し、平滑手段ではこの減算値を平滑化した平均値として出力し、検出値に重畳されるランダムノイズを滑らかにして該ノイズの波高値を低くすることができる。また、判定手段では、外力検出手段に外力が作用しているか否かを判定し、外力が作用していないときには被積分値を零に設定し、外力が作用しているときには減算値を被積分値として出力する。これにより、被積分値出力手段からはランダムノイズを低減した被積分値を積分手段に出力することができ、該積分手段からは正確な計測値を得ることができる。
【０１５１】
しかも、減算値中のランダムノイズを平滑手段によって小さくすることにより、判定手段における判定基準を低く設定することができ、被積分値出力手段から出力される被積分値を、外力検出手段に加わる外力に近い波形とすることができる。
【０１５２】
従って、外力検出手段に例えばジャイロ等の角速度センサを用いた場合には、この被積分値を積分手段で積分することにより、正確な変位角度を計測することができる。
【０１５３】
請求項２の発明では、請求項１の発明による被積分値出力処理に加えて、減算手段によって減算するときのオフセット補正値を更新する処理を加え、この処理を、第１の平滑手段から出力される第１の平均値を用いて更新するか否かを判定し、更新すると判定したときには検出値を平滑化した第２の平均値をオフセット補正値として更新設定する。これにより、減算手段では、検出値から常に更新したオフセット補正値を減算することにより、検出値中のドリフト成分を低減することができ、外力検出手段に加わる外力に近い被積分値を被積分値出力手段から積分手段に向けて出力することができる。
【０１５４】
請求項３の発明では、請求項１の発明による被積分値出力処理に加えて、減算手段によって減算するときのオフセット補正値を更新する処理を加え、この処理を、減算手段から出力される減算値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にあると判定したときには検出値を平滑化した第２の平均値をオフセット補正値として更新設定する。これにより、減算手段では、検出値から常に更新したオフセット補正値を減算することで、検出値中のドリフト成分を低減することができ、外力検出手段に加わる外力に近い被積分値を被積分値出力手段から積分手段に向けて出力することができる。
【０１５５】
請求項４の発明では、第２の判定手段における第２の基準範囲を、装置の起動時には大きくし、基準時間経過後には前記第２の基準範囲を小さく設定することにより、減算手段から出力される減算値を安定させて出力することができ、起動時の誤差計測を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明を示す機能ブロック図である。
【図２】請求項２の発明を示す機能ブロック図である。
【図３】請求項３の発明を示す機能ブロック図である。
【図４】第１の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図５】第１の実施例による被積分値出力処理を示す流れ図である。
【図６】角速度センサから出力される検出値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図７】平滑回路から出力される平均値、判定回路から出力される判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図８】第２の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図９】第２の実施例による被積分値出力処理を示す流れ図である。
【図１０】第２の実施例によるオフセット補正値更新設定処理を示す流れ図である。
【図１１】角速度センサから出力される検出値、オフセット補正値更新回路から出力されるオフセット補正値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図１２】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第１の判定回路から出力される第１の判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図１３】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第２の判定回路から出力される第２の判定信号、第２の判定信号を受けて第２の平滑回路に読込まれる補正基準値、第２の平滑回路から出力される第２の平均値（オフセット補正値）を示す波形図である。
【図１４】第３の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図１５】第３の実施例による被計測値出力処理を示す流れ図である。
【図１６】第３の実施例によるオフセット補正値更新設定処理を示す流れ図である。
【図１７】角速度センサから出力される検出値、オフセット補正値更新回路から出力されるオフセット補正値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図１８】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第１の判定回路から出力される第１の判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図１９】減算回路から出力される減算値、第２の判定回路から出力される第２の判定信号、第２の判定信号を受けて第２の平滑回路に角速度センサから読込まれる補正基準値、第２の平滑回路から出力される第２の平均値（オフセット補正値）を示す波形図である。
【図２０】第４の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図２１】第４の実施例による全体の処理を示す流れ図である。
【図２２】第４の実施例による第２の基準範囲設定処理を示す流れ図である。
【図２３】角速度センサから出力される検出値、オフセット補正値更新回路から出力されるオフセット補正値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図２４】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第１の判定回路から出力される第１の判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図２５】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第２の判定回路から出力される第２の判定信号、第２の判定信号を受けて第２の平滑回路に読込まれる補正基準値、第２の平滑回路から出力される第２の平均値（オフセット補正値）を示す波形図である。
【図２６】第４の実施例による変形例を示す角速度計測装置の回路図である。
【符号の説明】
１ 角速度センサ（外力検出手段）
２ Ａ／Ｄ変換回路
３，１１，２１ 演算回路
４，１２，２２ 減算回路
５ 平滑回路
６ 判定回路
７，１５，２５ 被積分値出力回路
８，１６，２６ 積分回路
９ 信号出力回路
１３，２３ 第１の平滑回路
１４，２４ 第１の判定回路
１７，２７ 第２の判定回路
１８，２８ 第２の平滑回路
１９，２９ オフセット補正値更新回路
３１，３１′ 第２の基準範囲設定回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば加速度センサ、角速度センサ等からなる外力検出手段から出力される検出信号中に含まれるランダムノイズ、ドリフト等の成分を除去してから積分して出力する外力計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、従来技術による外力計測装置は、例えば回転角を検出する装置の場合には、被測定物となる移動体の回転角を検出するために、角速度信号を積分して検出するようにしている。
【０００３】
しかし、角速度に対応した信号を積分して変位角度を求める場合には、ジャイロセンサ等の角速度センサによって検出された検出信号を積分するときに、積分の基準値となるセンサの検出値零が温度変化等の影響によりドリフトしてしまい、変位角度を示す積分値にこのドリフト成分が誤差として累積してしまう。また、この誤差は時間経過に伴って大きくなるため、変位角度を検出する際の大きな問題となっている。
【０００４】
この誤差を除去するために、一の従来技術として、特公平４−７６６１１号（特開昭６３−７８０１９号）公報に示すような積分型角度検出方法が知られている。
【０００５】
この従来技術は、センサから出力される検出信号が積分の基準値から基準範囲内にあるときには積分を中止し、検出信号がこの範囲を越えた時点の一定時間前から基準範囲内に入った時点の一定時間後までの間、検出信号の積分を実行するという不感帯処理を行うもので、ランダムノイズやドリフトがこの基準範囲内にあるときには、このノイズ成分を除去することができ、安定した変位角度信号を得ることができる。
【０００６】
また、積分の基準値となる検出値零が温度変動等により大きくドリフトする場合の対策としては、特開平７−３２４９４１号公報（以下、他の従来技術という）に示すようなオフセットドリフト補正装置が知られている。
【０００７】
この従来技術によるオフセットドリフト補正装置は、角速度を検出する角速度センサと、該角速度センサから出力される検出信号によって、移動体が旋回動作中か否かを判定する旋回判定手段と、該旋回判定手段によって移動体が旋回動作中でないと判断したときに、補正角速度を平滑した平均角速度を用いて角速度センサのオフセット補正値を推定して修正する適応フィルタとから構成される。
【０００８】
そして、この従来技術によるオフセットドリフト補正装置は、角速度センサからの出力とその時刻で推定された適応フィルタからの出力の差が推定値の誤差量となり、この値を平均化して、前記旋回判定手段で旋回中でないと判定したときだけ、適応フィルタを用いてオフセット補正値を更新する。これにより、十分な時間経過後には角速度センサのオフセット補正値が適応フィルタからの出力に収束し、推定オフセット補正値を角速度センサから差し引いた補正角速度を正確な角速度として処理することによって検出信号が温度ドリフトするのを防止し、ドリフト成分をキャンセルすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した一の従来技術による積分型角度検出方法では、ドリフトとランダムノイズの成分を除去して安定した積分信号を得るためには、基準範囲を検出信号のランダムノイズに対して十分に大きな値に設定する必要がある。このように、基準範囲を大きく設定すると、回転速度が低速の場合には角速度は基準範囲よりも小さくなり、実際には回転しているにも拘らず、角速度が零に設定されてしまい、低速時における変位角度が計測できなくなる。
【００１０】
一方、この従来技術において、低速時でも角度が計測できるように基準範囲を小さく設定すると、基準範囲を越えたランダムノイズに対しても積分を実行してしまい、正確な変位角度を計測することができないという問題がある。
【００１１】
また、他の従来技術によるオフセットドリフト補正装置は、オフセット補正値を遂次変化させるもので、適応フィルタからオフセットの推定値を求めるようとすると時間遅れが生じて、実際の真のオフセット補正値と推定オフセット補正値との間にずれが生じる。このため、ずれた分が積分値に影響し、静止しているにも拘らず角度値が変化するという誤差が生じる可能性がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は簡単な処理によって、検出信号中のドリフト成分、ランダムノイズ成分等を同時に除去することのできる外力計測装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による外力計測装置は、図１に示すように、被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段１０１と、該外力検出手段１０１から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段１０２と、該減算手段１０２から出力される減算値を平滑化した平均値として出力する平滑手段１０３と、前記外力検出手段１０１に外力が作用しているか否かを平滑化した平均値を用いて判定する判定手段１０４と、該判定手段１０４によって外力が作用していないと判定したときには零値を被積分値として出力し、外力が作用していると判定したときには前記減算手段１０２から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段１０５と、該被積分値出力手段１０５から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段１０６とから構成したことにある。
【００１４】
このように構成することにより、減算手段１０２では、外力検出手段１０１から出力された検出値からオフセット補正値を減算し、平滑手段１０３ではこの減算値を平滑化した平均値として出力する。これにより、ランダムノイズを滑らかにして該ノイズの波高値を低減することができる。
【００１５】
また、判定手段１０４では、平滑手段１０３から出力される平均値が基準範囲内にあるか否かで、外力検出手段１０１に真に外力が加わっているか否かを判定する。被積分値出力手段１０５では、該判定手段１０４で真に外力が加わっていないノイズと判定したときには零値を被積分値として出力し、真に外力が加わっていると判定したときには前記減算手段１０２から出力される減算値を被積分値として出力する。これにより、被積分値出力手段１０５から出力される被積分値中のランダムノイズを低減でき、積分手段１０６で積分した計測値中の誤差を低減できる。
【００１６】
しかも、平滑手段１０３では減算値を平滑化することにより、減算値に含まれるランダムノイズの波高値を小さくできるから、被積分値出力手段１０５における基準範囲の設定を小さくすることができ、外力検出手段１０１に真に外力が加わっていると判定できる範囲を広げることができ、小さい外力が印加された場合でもこの外力を検知できる。
【００１７】
また、請求項２の発明による外力計測装置は、図２に示すように、被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段２０１と、該外力検出手段２０１から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段２０２と、該減算手段２０２から出力される減算値を平滑化した第１の平均値として出力する第１の平滑手段２０３と、前記外力検出手段２０１に外力が作用しているか否かを前記第１の平均値を用いて判定する第１の判定手段２０４と、該第１の判定手段２０４によって外力が作用していないと判定したときには零値を被積分値として出力し、外力が作用していると判定したときには前記減算手段２０２から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段２０５と、該被積分値出力手段２０５から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段２０６と、前記減算手段２０２によって減算するときのオフセット補正値を更新するか否かを前記第１の平均値を用いて判定する第２の判定手段２０７と、該第２の判定手段２０７によってオフセット補正値を更新する第１の平均値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段２０１から出力される検出値を平滑化した第２の平均値として出力する第２の平滑手段２０８と、該第２の平滑手段２０８から出力される第２の平均値を前記減算手段２０２のオフセット補正値として更新するオフセット補正値更新手段２０９とから構成したことにある。
【００１８】
このように構成することにより、請求項１の発明と同様に、第１の平滑手段２０３では減算値を平滑化することにより、減算値に含まれるランダムノイズの波高値を小さくでき、第１の判定手段２０４における判定基準を低くでき、外力検出手段２０１に真に外力が加わっていると判定できる範囲を広げることができ、実際の外力に近い被積分値を得ることができる。
【００１９】
しかも、第２の判定手段２０７では、第１の平均値を用いてオフセット補正値を更新するか否かを判定し、オフセット補正値を更新すると判定したときには、第２の平滑手段２０８で前記外力検出手段２０１から出力される検出値を第２の平均値とし、オフセット補正値更新手段２０９でこの平均値を、前記減算手段２０２のオフセット補正値として更新する。これにより、減算手段２０２で検出値からこのオフセット補正値を常に減算することにより、検出値中のドリフト成分を低減することができ、実際の角速度により近い被積分値を被積分値出力手段２０５から積分手段２０６に向けて出力することができる。
【００２０】
さらに、請求項３の発明では、被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段３０１と、該外力検出手段３０１から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段３０２と、該減算手段３０２から出力される減算値を平滑化した第１の平均値として出力する第１の平滑手段３０３と、前記外力検出手段３０１に外力が作用しているか否かを判定するために、該第１の平滑手段３０３から出力される第１の平均値が予め定められた第１の基準範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段３０４と、該第１の判定手段３０４によって第１の平均値が第１の基準範囲内にあると判定したときには零値を被積分値として出力し、第１の平均値が第１の基準範囲外にあると判定したときには前記減算手段３０２から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段３０５と、該被積分値出力手段３０５から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段３０６と、前記減算手段３０２によって減算するときのオフセット補正値を更新するか否かを判定するために、前記減算手段３０２から出力される減算値が予め定められた第２の基準範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段３０７と、該第２の判定手段３０７によって減算値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段３０１から出力される検出値を平滑化した第２の平均値として出力する第２の平滑手段３０８と、該第２の平滑手段３０８から出力される第２の平均値を前記減算手段のオフセット補正値として更新するオフセット補正値更新手段３０９とから構成したことにある。
【００２１】
このように構成することにより、請求項１の発明と同様に、第１の平滑手段３０３では減算値を平滑化することにより、減算値に含まれるランダムノイズの波高値を小さくでき、第１の判定手段３０４における第１の基準範囲の設定を小さくでき、外力検出手段３０１に真に外力が加わっていると判定できる範囲を広げることができ、実際の外力に近い被積分値を得ることができる。
【００２２】
しかも、第２の判定手段３０７では、減算手段２０２から出力される減算値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、減算値が基準範囲内にあると判定したときには、第２の平滑手段３０８で前記外力検出手段３０１から出力される検出値を第２の平均値とし、オフセット補正値更新手段３０９でこの平均値を、前記減算手段３０２のオフセット補正値として更新する。これにより、減算手段３０２で検出値からこのオフセット補正値を常に減算することにより、外力検出手段３０１で検出される検出値中のドリフト成分（温度ドリフト等）を低減することができ、実際の角速度により近い被積分値を被積分値出力手段３０５から積分手段３０６に向けて出力することができる。
【００２３】
請求項４の発明では、図２、図３に示すように、第２の判定手段２０７（３０７）における第２の基準範囲を、当該装置の起動時には通常処理時の範囲よりも大きく設定したことにある。
【００２４】
上記構成により、装置の起動時には外力検出手段２０１（３０１）等の動作が不安定となった場合でも、第２の基準範囲を大きくすることで、起動時における大きなドリフトを補正でき、減算手段２０２（３０２）から出力される減算値を安定させて出力することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。ここで、図４ないし図２６は本発明による実施例を示すに、本実施例では、外力計測装置として角速度計測装置を例に挙げて説明する。
【００２６】
まず、第１の実施例を図４ないし図７に基づいて説明する。
【００２７】
１は本実施例による角速度センサで、該角速度センサ１は被測定物となる移動体（図示せず）に設けられ、該角速度センサ１は、コリオリ力を用いて角速度を検出するジャイロセンサ等が用いられている。
【００２８】
２はアナログ−ディジタル変換回路（以下Ａ／Ｄ変換回路という）で、該Ａ／Ｄ変換回路２は前記角速度センサ１から読込んだアナログ検出信号を所定時間毎に読込んで、アナログ信号をディジタル信号に変換して、検出値Ｖinを出力するものである。
【００２９】
３はＡ／Ｄ変換回路２の次段に設けられた演算回路を示し、該演算回路３は後述する減算回路４、平滑回路５、判定回路６、被積分値出力回路７、積分回路８等から大略構成されている。
【００３０】
ここで、演算回路３の構成について説明するに、減算回路４は、角速度センサ１から検出されたｎ番目の検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ01を減算して減算値ＶAnを得るもので、下記の数１のようにして算出される。
【００３１】
【数１】
ＶAn＝Ｖn −Ｖ01
【００３２】
平滑回路５は、前記減算回路４から出力される減算値ＶAnの移動平均を下記の数２のように演算して平均値ＶBnを算出する。これにより、該平均値ＶBnは、高周波分を平滑化して減算値ＶAn中のランダムノイズを低減する。
【００３３】
【数２】
【００３４】
また、判定回路６には、付設された記憶回路６Ａ内に角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するための基準範囲Ｖs が記憶されている。そして、該判定回路６は、平滑回路５から出力される移動平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖs 内にあると判定したときには判定信号ＶC を被積分値出力回路７に向けて出力する。
【００３５】
被積分値出力回路７は、判定回路６から出力される判定信号ＶC を受けて、該判定信号ＶC の入力があるときには零値を被積分値ＶDnとし、判定信号ＶC の入力がないときには前記減算回路４から出力される減算値ＶAnを被積分値ＶDnとして出力する。このように、該被積分値出力回路７は判定信号ＶC の有無によって零値と減算値ＶAnとを選択し、この信号を被積分値ＶDnとして出力するスイッチング動作を行っている。
【００３６】
積分回路８は、被積分値出力回路７から出力される被積分値ＶDnを積分し、この結果を変位角度θn を示す計測値ＶOnとして信号出力回路９に出力する。
【００３７】
さらに、９は演算回路３の次段に設けられた信号出力回路で、該信号出力回路９は演算回路３で演算された計測値ＶOnを後続された回路（図示せず）に出力する。
【００３８】
次に、図５の処理プログラムに基づいて、演算回路３の被積分値出力処理の動作について説明する。
【００３９】
まず、ステップ１では、所定時間毎（例えば、２０ｍＳ）に角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を読込み（図６の波形（イ）参照）、ステップ２では、読込んだ検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ01を減算した減算値ＶAnを、Ｖn −Ｖ01として演算する（図６の波形（ロ）参照）。
【００４０】
ステップ３では、減算値ＶAnの移動平均値ＶBnを前記数２に基づいて演算し、減算値ＶAnに加わっているランダムノイズを低減させることにより、図７の波形（ハ）のような平均値ＶBnを得る。
【００４１】
ステップ４では、この平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 内にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、検出信号値Ｖn は角速度センサ１に角速度が加わっていないときのノイズであると判断してステップ５に移る。そして、ステップ５では減算値ＶAnを零値に設定する（図７の波形（ホ）の領域ａ参照）。
【００４２】
一方、ステップ４で「ＮＯ」と判定した場合には、平均値ＶBnが基準範囲Ｖs を越えた場合であるから、角速度センサ１に真に角速度が加わっていると判断してステップ６に移る。そして、ステップ６では減算値ＶAnをそのまま出力する（図７の波形（ホ）の領域ｂ参照）。
【００４３】
さらに、ステップ７では、このように設定された減算値ＶAnを被積分値ＶDnに置換し、ステップ８では、この被積分値ＶDnを積分して計測値ＶOnを得る（図７の波形（ヘ）参照）。そして、ステップ９にてリターンする。
【００４４】
次に、図６と図７の波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について、図５の処理との関係において説明する。
【００４５】
まず、図６中で上段の波形（イ）は角速度センサ１からＡ／Ｄ変換回路２を介して演算回路３に入力される検出信号値Ｖn 、下段の波形（ロ）はＶn −Ｖ01により減算されて減算回路４から出力される減算値ＶAnをそれぞれ示す。また、図７中で上段の波形（ハ）は減算値ＶAnを前記数２のように移動平均して平滑回路５から出力される平均値ＶBn、波形（ニ）は判定回路６から出力される判定信号ＶC 、波形（ホ）は被積分値出力回路７から出力される被積分値ＶDnをそれぞれ示し、下段の波形（ヘ）は積分回路８から出力される計測値ＶOnを示す。
【００４６】
まず、図６中の波形（イ）の検出信号値Ｖn は、温度変化、経時劣化等によるドリフト信号Ｄを傾きとした右上りの波形となる。また、角速度が加わっていない部分にはランダムノイズが重畳している。
【００４７】
ステップ２の処理により、減算値ＶAnを算出し、波形（ロ）のようにオフセット補正値Ｖ01分だけ減算してシフトさせる。次に、ステップ３の処理により、ノイズ分を低減させるために数２の移動平均を演算し、波形（ハ）のように周波数の高い波形を除去し、ノイズ成分を低減する。
【００４８】
ステップ４〜７の処理では、平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 内にある場合、即ち領域ａ，ａのときには、波形（二）に示す判定信号ＶC を判定回路６から被積分値出力回路７に向けて出力し、該被積分値出力回路７では、この判定信号ＶC を受けて減算値ＶAnを零に設定し、この減算値ＶAnを被積分値ＶDnとして積分回路８に出力する（波形（ホ）の領域ａ参照）。
【００４９】
一方、平均値ＶBnが基準範囲Ｖs 外にある場合、即ち領域ｂのときには、判定信号ＶC は出力されていないから、被積分値出力回路７では、この判定信号ＶC を受けて減算値ＶAnをそのまま出力し、被積分値出力回路７からはこの減算値ＶAnを被積分値ＶDnとして積分回路８に出力する（波形（ホ）の領域ｂ参照）。
【００５０】
このように構成される本実施例の角速度計測装置においては、積分回路８に入力される被積分値ＶDnを、検出信号値Ｖn 中のドリフト成分とランダムノイズ成分とを除去した波形に設定でき、この被積分値ＶDnをステップ８の処理により積分することによって、正確な変位角度θn を検出することができる（図７中の波形（ヘ）参照）。
【００５１】
また、減算回路４と判定回路６との間に平滑回路５を設けたから、該平滑回路５から出力される平均値ＶBnには検出信号値Ｖn または減算値ＶAnに含まれるランダムノイズを低減することができる。
【００５２】
これにより、判定回路６では、平滑回路５から出力される平均値ＶBnと基準範囲Ｖs とを比較し、角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するようにしたから、判定対象となる平均値ＶBn中のノイズを低減することにより、角速度センサ１に角速度が真に加わっているか否かの判定を正確に行うことができる。
【００５３】
さらに、判定回路６では、平均値ＶBnと基準範囲Ｖs とを比較することにより判定を行っているから、平滑回路５により減算値ＶAn中のノイズが低減した分だけ、ノイズによって基準範囲Ｖt を越えるのを低減できる。そして、被積分値出力回路７から出力される被積分値ＶDnには、ノイズを被積分値ＶDnとして出力されるのを低減することができる。
【００５４】
しかも、一の従来技術のようにノイズによる誤検出を防止するために、不感帯処理の領域となる基準範囲を大きく設定する必要もなくなり、角速度センサ１に加わる角速度が小さいときでも角速度に対応した角度変位θn を測定することができ、角速度の検出感度を高めることができる。
【００５５】
なお、本実施例では、検出信号値Ｖn にランダムノイズとドリフトの成分が重畳した場合について補正するために、基準範囲Ｖs を大きく設定しているが、ランダムノイズだけが重畳した検出信号値Ｖn の場合には、基準範囲Ｖs を小さく設定でき、角速度の検出範囲を広げることができる。
【００５６】
次に、図８ないし図１３に基づいて、本発明による第２の実施例について説明する。
【００５７】
本実施例の特徴は、第１の実施例による被積分値出力処理に加えてオフセット補正値更新設定処理を行うものである、そして、このオフセット補正値更新設定処理は、減算値を平滑化した平均値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、平均値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段から出力される検出値を平滑した平均値を減算手段によって減算するときのオフセット補正値として更新設定したものである。
【００５８】
なお、本実施例では、前述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５９】
１１はＡ／Ｄ変換回路２の次段に設けられた演算回路を示し、該演算回路１１は第１実施例で述べた回路とほぼ同様に、被積分値出力処理を行うために構成された後述の減算回路１２、第１の平滑回路１３、第１の判定回路１４、被積分値出力回路１５、積分回路１６等と、新たにオフセット補正値更新設定処理を行うために構成された第２の判定回路１７、第２の平滑回路１８、オフセット補正値更新回路１９等からなる。
【００６０】
ここで、演算回路１１の構成について説明するに、減算回路１２は、角速度センサ１から検出されたｎ番目の検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ02を減算し、減算値ＶEnを得るもので、下記の数３のようにして算出される。
【００６１】
【数３】
ＶEn＝Ｖn −Ｖ02
【００６２】
第１の平滑回路１３は、前記減算回路１２から出力される減算値ＶEnの移動平均を下記の数４のように演算して第１の平均値ＶFnを算出する。これにより、該平均値ＶF は、高周波分を平滑化して減算値ＶEn中のランダムノイズを低減する。
【００６３】
【数４】
【００６４】
第１の判定回路１４には、付設された記憶回路１４Ａ内に角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するための基準範囲Ｖt1が記憶されている。そして、該判定回路１４は、第１の平滑回路１３から出力される第１の平均値ＶFnが基準範囲Ｖt1内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖt1内にあると判定したときには第１の判定信号ＶG を被積分値出力回路１５に向けて出力する。
【００６５】
被積分値出力回路１５は、第１の判定回路１４から出力される第１の判定信号ＶG を受けて、該第１の判定信号ＶG の入力があるときには零値を被積分値ＶHnとし、第１の判定信号ＶG の入力がないときには前記減算回路１２から出力される減算値ＶEnを被積分値ＶHnとして出力する。このように、該被積分値出力回路１５は第１の判定信号ＶG の有無によって零値と減算値ＶEnとを選択し、この信号を被積分値ＶHnとして出力するスイッチング動作を行っている。
【００６６】
また、積分回路１６は、被積分値出力回路１５から出力される被積分値ＶHnを積分し、この結果を変位角度θn を示す計測値ＶOnとして信号出力回路９に出力する。
【００６７】
さらに、第２の判定回路１７には、付設された記憶回路１７Ａ内に減算回路１２によって減算するときのオフセット補正値Ｖ02を更新するか否かを判定するための基準範囲Ｖt2が記憶されている。そして、該第２の判定回路１７は、第１の平滑回路１３から出力される第１の平均値ＶFnが基準範囲Ｖt2内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖt2内にあると判定したときには第２の判定信号ＶI を第２の平滑回路１８に向けて出力する。
【００６８】
第２の平滑回路１８は、第２の判定回路１７から第２の判定信号ＶI が出力されたときに、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶJn′読込み、この補正基準値ＶJn′を数５の移動平均の式に基づいて第２の平均値ＶKn′を算出する。これにより、該平均値ＶKn′は、平滑化することにより検出信号値Ｖn 中のドリフトノイズを抽出する。
【００６９】
【数５】
【００７０】
オフセット補正値更新回路１９は、第２の平滑回路１８から出力される第２の平均値ＶKn′を受けて、該第２の平均値ＶKn′をオフセット補正値Ｖ02として更新する。
【００７１】
次に、図９と図１０の処理プログラムに基づいて、本実施例の処理動作について説明する。
【００７２】
まず、ステップ１１では、所定時間毎（例えば、２０ｍＳ）にＡ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を読込み（図１１の波形（イ）参照）、ステップ１２では、読込んだ検出信号値Ｖn からオフセット補正値Ｖ02を減算した減算値ＶEnを演算する（図１１の波形（ハ）参照）。
【００７３】
ステップ１３では、減算値ＶEnの移動平均値ＶFnを前記数４に基づいて演算し、減算値ＶEnに加わっているランダムノイズを低減させることにより、図１２の波形（ニ）のような第１の平均値ＶFnを得る。
【００７４】
ステップ１４では、この第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1内にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1内にあるから、検出信号値Ｖn は角速度センサ１に角速度が加わっていないときのノイズであると判定してステップ１５に移る。そして、ステップ１５では減算値ＶEnを零値に設定する（図１２の波形（ヘ）のａ領域参照）。
【００７５】
一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定した場合には、第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1を越えた場合であるから、角速度センサ１に真に角速度が加わっていると判定してステップ１６に移る。そして、ステップ１６では減算値ＶEnをそのまま出力する（図１２の波形（ヘ）のｂ領域参照）。
【００７６】
さらに、ステップ１７では、このように設定された減算値ＶEnを被積分値ＶHnに設定し、ステップ１８では、この被積分値ＶHnを積分して計測値ＶOnを得る（図１２の波形（ト）参照）。そして、ステップ１９では図１０に示すオフセット補正値更新設定処理を行って、ステップ２０にてリターンする。
【００７７】
次に、オフセット補正値更新設定処理について、図１０を参照しつつ説明する。
【００７８】
まず、ステップ２１では、ステップ１３で算出した第１の平均値ＶFnが第２の基準範囲Ｖt2内にあるか否かを判定し、「ＮＯ」と判定した場合（図１３の波形（チ）のｄ領域参照）にはステップ２５に移ってリターンし、「ＹＥＳ」と判定した場合（図１３の波形（チ）のｃ領域参照）には、オフセット補正値Ｖ02を更新すべくステップ２２以降の処理を行う。
【００７９】
ステップ２２では、角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶJn′とし読込み、ステップ２３ではこの補正基準値ＶJn′の移動平均を数５のように演算して第２の平均値ＶKn′を得る。
【００８０】
さらに、ステップ２４では、この第２の平均値ＶKn′をオフセット補正値Ｖ02として減算回路１２に記憶し、ステップ２５でリターンする。
【００８１】
次に、図１１ないし図１３に示す波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について、図９と図１０の処理との関係で説明する。
【００８２】
まず、図１１中の上段の波形（イ）は角速度センサ１から演算回路１１に出力される検出信号値Ｖn 、波形（ロ）は減算回路１２にオフセット補正値更新回路１９から出力されるオフセット補正値Ｖ02で、波形（ハ）は減算回路１２から出力される減算値ＶEnをそれぞれ示す。
【００８３】
また、図１２中の上段の波形（ニ）は減算値ＶEnを前記数４のように移動平均した第１の平滑回路１３から出力される第１の平均値ＶFn、波形（ホ）は第１の判定回路１４から出力される第１の判定信号ＶG 、波形（ヘ）は被積分値出力回路１５から出力される被積分値ＶHn、下段の波形（ト）は積分回路１６から出力される積分結果となる計測値ＶOnをそれぞれ示す。
【００８４】
さらに、図１３中の上段の波形（チ）は減算値ＶEnを前記数４のように移動平均した第１の平均値ＶFn、波形（リ）は第２の判定回路１７から出力される第２の判定信号ＶI 、波形（ヌ）は第２の判定信号ＶI を受けて第２の平滑回路１８に読込まれる補正基準値ＶJn′、下段の波形（ル）は補正基準値ＶJn′を前記数５のように移動平均して第２の平滑回路１８から出力される第２の平均値ＶKn′をそれぞれ示す。
【００８５】
まず、図１１中の波形（イ）の検出信号値Ｖn は、温度変化、経時劣化等によるドリフト信号Ｄを傾きとした右上りの波形となる。また、角速度が加わっていない部分にはランダムノイズが重畳している。
【００８６】
ステップ１２の処理により、検出信号値Ｖn から波形（ロ）のオフセット補正値Ｖ02分だけ減算した減算値ＶEnを得る。次に、ステップ１３の処理により、ノイズ分を低減させるために数４の移動平均を演算し、波形（ニ）の第１の平均値ＶFnのように、周波数の高い波形を除去してノイズ成分を低減する。
【００８７】
ステップ１４〜１７の処理では、第１の平均値ＶFnが第１の基準範囲Ｖt1内にある場合、即ち領域ａ，ａのときには、波形（ホ）に示す第１の判定信号ＶG を第１の判定回路１４から被積分値出力回路１５に向けて出力し、該被積分値出力回路１５では、この第１の判定信号ＶG を受けて減算値ＶEnを零値に設定し、被積分値出力回路１５からはこの減算値ＶEnを被積分値ＶHnとして積分回路１６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【００８８】
一方、第１の平均値ＶFnが基準範囲Ｖt1外にある場合、即ち領域ｂのときには、第１の判定信号ＶG は出力されていないから、被積分値出力回路１５では、この第１の判定信号ＶG を受けて減算値ＶEnをそのまま出力し、被積分値出力回路１５からはこの減算値ＶEnを被積分値ＶHnとして積分回路１６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【００８９】
さらに、図１３に示す波形図に基づいて、本実施例によるオフセット補正値更新設定処理について説明する。
【００９０】
ステップ２１では、ステップ１３で算出した第１の平均値ＶFnが第２の基準範囲Ｖt2内にある場合、即ち領域ｃ，ｃのときには、波形（リ）に示すように、第２の判定信号ＶI を第２の平滑回路１８に出力する。そして、該第２の平滑回路１８では、第２の判定信号ＶI を受けて、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を、波形（ヌ）に示す補正基準値ＶJn′に対して数５の移動平均を演算し、得られた第２の平均値ＶKn′をオフセット補正値更新回路１９に向けて出力する。
【００９１】
ここで、第２の判定回路１７から出力される第２の平均値ＶKn′は、周波数の高い波形を除去し、ノイズ成分を除去した値となる。そして、この第２の平均値ＶKn′はオフセット補正値Ｖ02（波形（ロ）と波形（ル））となる。
【００９２】
このように構成される本実施例の角速度計測装置では、前述した如く、被積分値出力を補正することによって検出信号値Ｖn が重畳したランダムノイズを除去し、オフセット補正値を更新することによって検出信号値Ｖn のドリフト成分を除去することができる。
【００９３】
かくして、本実施例では、第１の判定回路１４における第１の基準範囲Ｖt1を、第１の実施例による基準範囲Ｖs に比べて大幅に小さくすることができ、被積分値出力回路１５から出力される被積分値ＶHnには、演算回路１１に加わる実際の角速度に近い値を得ることができ、変位角度θn を感度良く検出することができる。
【００９４】
次に、図１４ないし図１９に基づいて、本発明による第３の実施例について説明する。
【００９５】
本実施例の特徴は、第１の実施例による被積分値出力処理に加えてオフセット補正値更新設定処理を行うものである。そして、このオフセット補正値更新設定処理は、減算値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、平均値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段から出力される検出値を平滑した平均値を減算手段によって減算するときのオフセット補正値として更新設定したものである。
【００９６】
なお、本実施例では、前述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９７】
２１はＡ／Ｄ変換回路２の次段に設けられた演算回路を示し、該演算回路２１は第１実施例で述べた回路とほぼ同様に、被積分値出力処理を行うために構成された後述の減算回路２２、第１の平滑回路２３、第１の判定回路２４、被積分値出力回路２５、積分回路２６と、新たにオフセット補正値更新設定処理を行うために構成された第２の判定回路２７、第２の平滑回路２８、オフセット補正値更新回路２９からなる。
【００９８】
ここで、演算回路２１の構成について説明するに、減算回路２２は、角速度センサ１から検出されたｎ番目の検出信号値Ｖn から予め設定されたオフセット補正値Ｖ03を減算し、減算値ＶLnを得るもので、下記の数６のようにして算出される。
【００９９】
【数６】
ＶLn＝Ｖn −Ｖ03
【０１００】
第１の平滑回路２３は、前記減算回路２２から出力される減算値ＶLnの移動平均を下記の数７のように演算して第１の平均値ＶMnを算出する。これにより、該第１の平均値ＶMnは、高周波分を平滑化して減算値ＶLn中のランダムノイズを低減する。
【０１０１】
【数７】
【０１０２】
第１の判定回路２４には、付設された記憶回路２４Ａ内に角速度センサ１に角速度が加わっているか否かを判定するための基準範囲Ｖu1が記憶されている。そして、該判定回路２４は、第１の平滑回路２３から出力される第１の平均値ＶMnが基準範囲Ｖu1内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖu1内にあると判定したときには第１の判定信号ＶN を被積分値出力回路２５に向けて出力する。
【０１０３】
被積分値出力回路２５は、第１の判定回路２４から出力される第１の判定信号ＶN を受けて、該第１の判定信号ＶN の入力があるときには零値を被積分値ＶPnとし、第１の判定信号ＶN の入力がないときには前記減算回路２２から出力される減算値ＶLnを被積分値ＶPnとして出力する。このように、該被積分値出力回路２５は第１の判定信号ＶN の有無によって零値と減算値ＶLnとを選択し、この信号を被積分値ＶPnとして出力するスイッチング動作を行っている。
【０１０４】
また、積分回路２６は、被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPnを積分し、この結果を変位角度θn を示す計測値ＶOnとして信号出力回路９に出力する。
【０１０５】
さらに、第２の判定回路２７には、付設された記憶回路２７Ａ内に減算回路２２によって減算するときのオフセット補正値Ｖ03を更新するか否かを判定するための基準範囲Ｖu2が記憶されている。そして、該第２の判定回路２７は、減算回路２２から出力される減算値ＶLnが基準範囲Ｖu2内にあるか否かを判定し、基準範囲Ｖu2内にあると判定したときには第２の判定信号ＶQ を第２の平滑回路２８に向けて出力する。
【０１０６】
第２の平滑回路２８は、第２の判定回路２７から第２の判定信号ＶQ が出力されたときに、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶRn′として読込み、この補正基準値ＶRn′を数８の移動平均の式に基づいて第２の平均値ＶSn′を算出する。これにより、該平均値ＶSn′は、高周波分を平滑化することにより検出信号値Ｖn 中のオフセットドリフトを抽出する。
【０１０７】
【数８】
【０１０８】
オフセット補正値更新回路２９は、第２の平滑回路２８から出力される第２の平均値ＶSn′を受けて、該第２の平均値ＶSn′をオフセット補正値Ｖ03として更新する。
【０１０９】
次に、図１５と図１６の処理プログラムに基づいて、本実施例の処理動作について説明する。
【０１１０】
まず、ステップ３１では、所定時間毎（例えば、２０ｍＳ）に角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を読込み（図１７の波形（イ）参照）、ステップ３２では、読込んだ検出信号値Ｖn からオフセット補正値Ｖ03を減算した減算値ＶLnを演算する（図１７の波形（ハ）参照）。
【０１１１】
ステップ３３では、減算値ＶLnの移動平均値ＶMnを前記数６に基づいて演算し、減算値ＶLnに加わっているランダムノイズを低減させることにより、図１８の波形（ニ）のような第１の平均値ＶMnを得る。
【０１１２】
ステップ３４では、この第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1内にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1内にある場合であるから、検出信号値Ｖn は角速度センサ１に角速度が加わっていないときのノイズであると判定してステップ３５に移る。そして、ステップ３５では減算値ＶLnを零値に設定する（図１８の波形（ヘ）の領域ａ参照）。
【０１１３】
一方、ステップ３４で「ＮＯ」と判定した場合には、第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1を越えた場合であるから、角速度センサ１に真に角速度が加わっていると判定してステップ３６に移る。そして、ステップ３６では減算値ＶLnをそのまま出力する（図２２の波形（ヘ）の領域ｂ参照）。
【０１１４】
さらに、ステップ３７では、このように設定された減算値ＶLnを被積分値ＶPnに設定し、ステップ３８では、この被積分値ＶPnを積分して計測値ＶOnを得る（図１８の波形（ト）参照）。そして、ステップ３９では図１６に示すオフセット補正値更新設定処理を行って、ステップ４０にてリターンする。
【０１１５】
次に、図１６のオフセット補正値更新設定処理について説明する。
【０１１６】
まず、ステップ４１では、ステップ３３で算出した第１の平均値ＶMnが第２の基準範囲Ｖu2内にあるか否かを判定し、「ＮＯ」と判定した場合（図１９の波形（チ）の領域ｄ参照）にはステップ４５に移りリターンし、「ＹＥＳ」と判定した場合（図１９の波形（チ）の領域ｃ参照）には、オフセット補正値Ｖ03を更新設定すべくステップ４２以降の処理を行う。
【０１１７】
ステップ４２では、角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を補正基準値ＶRn′とし読込み、ステップ４３ではこの補正基準値ＶRn′の移動平均を数８のように演算して第２の平均値ＶSn′を得る。
【０１１８】
さらに、ステップ４４では、この第２の平均値ＶSn′をオフセット補正値Ｖ03として減算回路２２に記憶し、ステップ４５でリターンする。
【０１１９】
次に、図１７ないし図１９に示す波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について、図１５と図１６の処理との関係で説明する。
【０１２０】
まず、図１７中の上段の波形（イ）は角速度センサ１から演算回路２２に出力される検出信号値Ｖn 、波形（ロ）は減算回路２２にオフセット補正値更新回路２９から出力されるオフセット補正値Ｖ03で、波形（ハ）は減算回路２２から出力される減算値ＶLnをそれぞれ示す。
【０１２１】
また、図１８中の上段の波形（ニ）は減算値ＶLnを前記数７のように移動平均した第１の平滑回路２３から出力される第１の平均値ＶMn、波形（ホ）は第１の判定回路２４から出力される第１の判定信号ＶN 、波形（ヘ）は被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPn、下段の波形（ト）は積分回路２６から出力される積分結果となる計測値ＶOnをそれぞれ示す。
【０１２２】
さらに、図１９中の上段の波形（チ）は減算回路２２から出力される減算値ＶLn、波形（リ）は第２の判定回路２７から出力される第２の判定信号ＶQ 、波形（ヌ）は第２の判定信号ＶQ を受けて第２の平滑回路２８に読込まれる補正基準値ＶRn′、下段の波形（ル）は補正基準値ＶRn′を前記数８のように移動平均して第２の平滑回路２８から出力される第２の平均値ＶSn′をそれぞれ示す。
【０１２３】
まず、図１７中の波形（イ）の検出信号値Ｖn は、温度変化、経時劣化等によるドリフト信号Ｄを傾きとした右上りの波形となる。また、角速度が加わっていない部分にはランダムノイズが重畳している。
【０１２４】
ステップ３２の処理により、検出信号値Ｖn から波形（ロ）のオフセット補正値Ｖ03分だけ減算した減算値ＶLnを得る。次に、ステップ３３の処理により、ノイズ分を低減させるために数７の移動平均を演算し、波形（ニ）の第１の平均値ＶMnのように、周波数の高い波形を除去してノイズ成分を低減する。
【０１２５】
ステップ３４〜３７の処理では、第１の平均値ＶMnが第１の基準範囲Ｖu1内にある場合、即ち領域ａ，ａのときには、波形（ホ）に示す第１の判定信号ＶN を第１の判定回路２４から被積分値出力回路２５に向けて出力し、該被積分値出力回路２５では、この第１の判定信号ＶN を受けて減算値ＶLnを零値に設定し、被積分値出力回路２５からはこの減算値ＶLnを被積分値ＶPnとして積分回路２６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【０１２６】
一方、第１の平均値ＶMnが基準範囲Ｖu1外にある場合、即ち領域ｂのときには、第１の判定信号ＶN は出力されていないから、被積分値出力回路２５では、この第１の判定信号ＶN を受けて減算値ＶLnをそのまま出力し、被積分値出力回路２５からはこの減算値ＶLnを被積分値ＶPnとして積分回路２６に出力する（波形（ヘ）参照）。
【０１２７】
一方、図１９に示す波形図に基づいて、図１６のオフセット補正値更新設定処理について説明する。
【０１２８】
ステップ４１では、ステップ３２で演算した減算値ＶLnが第２の基準範囲Ｖu2内にある場合、即ち領域ｃ，ｃのときには、波形（リ）に示すように、第２の判定信号ＶQ を第２の平滑回路２８に出力する。そして、該第２の平滑回路２８では、第２の判定信号ＶQ を受けて、Ａ／Ｄ変換回路２を介して角速度センサ１から出力される検出信号値Ｖn を、波形（ヌ）に示す補正基準値ＶRn′に対して数８の演算を行い、得られた第２の平均値ＶSn′をオフセット補正値更新回路２９に向けて出力する。
【０１２９】
ここで、第２の平滑回路２８から出力される第２の平均値ＶSn′は、周波数の高い波形を除去し、ノイズ成分を除去した値となる。そして、この第２の平均値ＶSn′はオフセット補正値Ｖ03（波形（ロ）と波形（ル））となる。
【０１３０】
このように構成される本実施例の角速度計測装置では、前述した如く、被積分値出力を補正することによって検出信号値Ｖn に重畳したドリフトノイズを抽出でき、オフセット補正値を更新することによって検出信号値Ｖn のドリフト成分を除去することができる。
【０１３１】
かくして、本実施例では、第１の判定回路２４における第１の基準範囲Ｖu1を、第２の実施例による基準範囲Ｖt1に比べて大幅に小さくすることができ、被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPnには、演算回路２１に加わる実際の角速度に近い値を得ることができ、変位角度θの感度良く検出することができる。
【０１３２】
しかも、オフセット補正値更新設定処理は、減算値ＶLnの信号が第２の基準範囲Ｖu2内にあるか否かを判定するようにしたから、前記第２の実施例に比べて、移動平均の演算を行わない分だけ、時間差をなくすことができ、減算回路２２から出力される減算値ＶLn中のノイズ分を低減することができる。
【０１３３】
さらに、図２０ないし図２６に基づいて、本発明による第４の実施例について説明する。
【０１３４】
本実施例の特徴は、オフセット補正値更新設定処理に用いられる第２の基準範囲を、装置起動時に通常処理時の範囲よりも大きく設定する前処理を行ったことにある。
【０１３５】
なお、本実施例では、前述した第２の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１３６】
３１は第２の基準範囲Ｖu2を設定する第２の基準範囲設定回路を示し、該第２の基準範囲設定回路３１は、オフセット補正値更新設定処理を行う第２の判定回路１７の記憶回路１７Ａに接続されている。また、該第２の基準範囲設定回路３１は、装置を起動するメインスイッチ（図示せず）が閉成してから基準時間Ｔ0 が経過するまでの間、第２の基準範囲Ｖt2を大きな信号値Ａに設定し、経過後には通常時の信号値Ｂ（Ａ＞Ｂ）に設定するものである。そして、この第２の基準範囲設定処理は、図２１に示すように、前述した被積分値出力処理とオフセット補正値更新設定処理の前処理として行うものである。
【０１３７】
ここで、図２２に示す処理プログラムに基づいて、本実施例によるオフセット補正値更新設定処理の動作について説明する。
【０１３８】
まず、ステップ６１で、メインスイッチが閉成したかを否かを検出し、該メインスイッチが閉成するまでこのステップ６１で待機する。
【０１３９】
ステップ６１で「ＹＥＳ」と判定した場合には、ステップ６２に移り、このステップ６２ではタイマＴをリセット：スタートさせる。
【０１４０】
ステップ６３では、タイマＴが基準時間Ｔ0 を経過したか否かを判定し、ステップ６３で「ＹＥＳ」と判定した場合には、基準時間Ｔ0 を経過しているから、ステップ６４に移る。ステップ６４では、第２の基準範囲Ｖt2を信号値Ｂに設定し、ステップ６６に移って、リターンする。
【０１４１】
一方、ステップ６３で「ＮＯ」と判定した場合には、未だ基準時間Ｔ0 が経過していないから、ステップ６５に移る。ステップ６５では、第２の基準範囲Ｖt2を信号値Ｂよりも大きな信号値Ａに設定し、ステップ６６に移って、リターンする。
【０１４２】
次に、図２３ないし図２５に示す波形図に基づいて、本実施例による角速度計測装置の具体的な作用について説明する。なお、各波形（イ）〜（ヌ）は前述した第２の実施例と同様位置の波形であるので、個々の波形についての説明は省略し、その特徴部分のみを説明する。
【０１４３】
まず、検出信号値Ｖn を示す波形（イ）では、装置起動時から基準時間Ｔ0 が経過するまでの領域ｅの間には、角速度センサ１の波形の乱れが現れている。
【０１４４】
一方、波形（チ）に示すように、第２の判定回路１７における第２の基準範囲Ｖt2は、第２の基準範囲設定回路３１によって基準時間Ｔ0 が経過するまでの間は大きな信号値Ａに設定され、基準時間Ｔ0 の経過後には通常時の信号値Ｂに設定される。
【０１４５】
これにより、オフセット補正値更新設定処理は、波形（イ）が乱れている領域ｅにおいて、オフセット補正値Ｖ02′を検出信号値Ｖn に近い波形に設定することができ、この領域ｅにある信号値をノイズとして扱うことができる。この結果、被積分値出力回路２５から出力される被積分値ＶPnの領域ｅでは信号値を零に設定することができる。
【０１４６】
かくして、本実施例では、装置起動時におけるノイズを確実に除去することができ、装置起動時における検出誤差を低減し、高感度な変位角速検出を行うことができる。
【０１４７】
なお、前記第４の実施例では、第２の実施例について、前処理に当たる第２の基準範囲設定処理を行うようにしたが、図２６に示すように、第３の実施例で用いた第２の判定回路２７の記憶回路２７Ａに第２の基準範囲設定回路３１′を接続してもよく、この場合には、図２２中の処理プログラム中のステップ６４とステップ６５において括弧内の処理を行えばよい。
【０１４８】
また、第４の実施例では、第２の基準範囲Ｖt2（Ｖu2）を時間経過によって２段階に切換えるようにしたが、本発明はこれに限らず、第２の基準範囲Ｖt2（Ｖu2）を順次減少させるように設定してもよい。
【０１４９】
さらに、前記各実施例では、外力検出手段に角速度を検出する角速度センサ１を用いたものについて説明したが、本発明はこれに限らず、加速度を検出する加速度センサを用いたものでもよい。
【０１５０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によれば、減算手段で外力検出手段から出力された検出値からオフセット補正値を減算し、平滑手段ではこの減算値を平滑化した平均値として出力し、検出値に重畳されるランダムノイズを滑らかにして該ノイズの波高値を低くすることができる。また、判定手段では、外力検出手段に外力が作用しているか否かを判定し、外力が作用していないときには被積分値を零に設定し、外力が作用しているときには減算値を被積分値として出力する。これにより、被積分値出力手段からはランダムノイズを低減した被積分値を積分手段に出力することができ、該積分手段からは正確な計測値を得ることができる。
【０１５１】
しかも、減算値中のランダムノイズを平滑手段によって小さくすることにより、判定手段における判定基準を低く設定することができ、被積分値出力手段から出力される被積分値を、外力検出手段に加わる外力に近い波形とすることができる。
【０１５２】
従って、外力検出手段に例えばジャイロ等の角速度センサを用いた場合には、この被積分値を積分手段で積分することにより、正確な変位角度を計測することができる。
【０１５３】
請求項２の発明では、請求項１の発明による被積分値出力処理に加えて、減算手段によって減算するときのオフセット補正値を更新する処理を加え、この処理を、第１の平滑手段から出力される第１の平均値を用いて更新するか否かを判定し、更新すると判定したときには検出値を平滑化した第２の平均値をオフセット補正値として更新設定する。これにより、減算手段では、検出値から常に更新したオフセット補正値を減算することにより、検出値中のドリフト成分を低減することができ、外力検出手段に加わる外力に近い被積分値を被積分値出力手段から積分手段に向けて出力することができる。
【０１５４】
請求項３の発明では、請求項１の発明による被積分値出力処理に加えて、減算手段によって減算するときのオフセット補正値を更新する処理を加え、この処理を、減算手段から出力される減算値が第２の基準範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にあると判定したときには検出値を平滑化した第２の平均値をオフセット補正値として更新設定する。これにより、減算手段では、検出値から常に更新したオフセット補正値を減算することで、検出値中のドリフト成分を低減することができ、外力検出手段に加わる外力に近い被積分値を被積分値出力手段から積分手段に向けて出力することができる。
【０１５５】
請求項４の発明では、第２の判定手段における第２の基準範囲を、装置の起動時には大きくし、基準時間経過後には前記第２の基準範囲を小さく設定することにより、減算手段から出力される減算値を安定させて出力することができ、起動時の誤差計測を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明を示す機能ブロック図である。
【図２】請求項２の発明を示す機能ブロック図である。
【図３】請求項３の発明を示す機能ブロック図である。
【図４】第１の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図５】第１の実施例による被積分値出力処理を示す流れ図である。
【図６】角速度センサから出力される検出値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図７】平滑回路から出力される平均値、判定回路から出力される判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図８】第２の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図９】第２の実施例による被積分値出力処理を示す流れ図である。
【図１０】第２の実施例によるオフセット補正値更新設定処理を示す流れ図である。
【図１１】角速度センサから出力される検出値、オフセット補正値更新回路から出力されるオフセット補正値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図１２】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第１の判定回路から出力される第１の判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図１３】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第２の判定回路から出力される第２の判定信号、第２の判定信号を受けて第２の平滑回路に読込まれる補正基準値、第２の平滑回路から出力される第２の平均値（オフセット補正値）を示す波形図である。
【図１４】第３の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図１５】第３の実施例による被計測値出力処理を示す流れ図である。
【図１６】第３の実施例によるオフセット補正値更新設定処理を示す流れ図である。
【図１７】角速度センサから出力される検出値、オフセット補正値更新回路から出力されるオフセット補正値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図１８】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第１の判定回路から出力される第１の判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図１９】減算回路から出力される減算値、第２の判定回路から出力される第２の判定信号、第２の判定信号を受けて第２の平滑回路に角速度センサから読込まれる補正基準値、第２の平滑回路から出力される第２の平均値（オフセット補正値）を示す波形図である。
【図２０】第４の実施例による角速度計測装置の構成を示す回路図である。
【図２１】第４の実施例による全体の処理を示す流れ図である。
【図２２】第４の実施例による第２の基準範囲設定処理を示す流れ図である。
【図２３】角速度センサから出力される検出値、オフセット補正値更新回路から出力されるオフセット補正値、減算回路から出力される減算値を示す波形図である。
【図２４】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第１の判定回路から出力される第１の判定信号、被積分値出力回路から出力される被積分値、積分回路から出力される計測値を示す波形図である。
【図２５】第１の平滑回路から出力される第１の平均値、第２の判定回路から出力される第２の判定信号、第２の判定信号を受けて第２の平滑回路に読込まれる補正基準値、第２の平滑回路から出力される第２の平均値（オフセット補正値）を示す波形図である。
【図２６】第４の実施例による変形例を示す角速度計測装置の回路図である。
【符号の説明】
１ 角速度センサ（外力検出手段）
２ Ａ／Ｄ変換回路
３，１１，２１ 演算回路
４，１２，２２ 減算回路
５ 平滑回路
６ 判定回路
７，１５，２５ 被積分値出力回路
８，１６，２６ 積分回路
９ 信号出力回路
１３，２３ 第１の平滑回路
１４，２４ 第１の判定回路
１７，２７ 第２の判定回路
１８，２８ 第２の平滑回路
１９，２９ オフセット補正値更新回路
３１，３１′ 第２の基準範囲設定回路
Claims (4)
- 被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段と、
該外力検出手段から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段と、
該減算手段から出力される減算値を平滑化した平均値として出力する平滑手段と、
前記外力検出手段に外力が作用しているか否かを平滑化した平均値を用いて判定する判定手段と、
該判定手段によって外力が作用していないと判定したときには零値を被積分値として出力し、外力が作用していると判定したときには前記減算手段から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段と、
該被積分値出力手段から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段とから構成してなる外力計測装置。 - 被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段と、
該外力検出手段から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段と、
該減算手段から出力される減算値を平滑化した第１の平均値として出力する第１の平滑手段と、
前記外力検出手段に外力が作用しているか否かを前記第１の平均値を用いて判定する第１の判定手段と、
該第１の判定手段によって外力が作用していないと判定したときには零値を被積分値として出力し、外力が作用していると判定したときには前記減算手段から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段と、
該被積分値出力手段から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段と、
前記減算手段によって減算するときのオフセット補正値を更新するか否かを前記第１の平均値を用いて判定する第２の判定手段と、
該第２の判定手段によってオフセット補正値を更新すると判定したときには、前記外力検出手段から出力される検出値を平滑化した第２の平均値として出力する第２の平滑手段と、
該第２の平滑手段から出力される第２の平均値を前記減算手段のオフセット補正値として更新するオフセット補正値更新手段とから構成してなる外力計測装置。 - 被測定物に加わる角速度、加速度によって発生する外力を検出信号として検出する外力検出手段と、
該外力検出手段から出力される検出信号の検出値よりオフセット補正値を減算する減算手段と、
該減算手段から出力される減算値を平滑化した第１の平均値として出力する第１の平滑手段と、
前記外力検出手段に外力が作用しているか否かを判定するために、該第１の平滑手段から出力される第１の平均値が予め定められた第１の基準範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、
該第１の判定手段によって第１の平均値が第１の基準範囲内にあると判定したときには零値を被積分値として出力し、第１の平均値が第１の基準範囲外にあると判定したときには前記減算手段から出力される減算値を被積分値として出力する被積分値出力手段と、
該被積分値出力手段から出力される被積分値を積分し、積分結果を計測値として出力する積分手段と、
前記減算手段によって減算するときのオフセット補正値を更新するか否かを判定するために、前記減算手段から出力される減算値が予め定められた第２の基準範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段と、
該第２の判定手段によって減算値が第２の基準範囲内にあると判定したときには、前記外力検出手段から出力される検出値を平滑化した第２の平均値として出力する第２の平滑手段と、
該第２の平滑手段から出力される第２の平均値を前記減算手段のオフセット補正値として更新するオフセット補正値更新手段とから構成してなる外力計測装置。 - 前記第２の判定手段における第２の基準範囲は、当該装置の起動時には通常処理時の範囲よりも大きく設定してなる請求項３記載の外力計測装置。
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