JPH0127367B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ジヤイロコンパス又はジヤイロバー
テイカルに用いることのできる振り子装置に関す
る。

（従来の技術） ジヤイロコンパスにおいては、ジヤイロスコー
プが用いられており、これに外力を与えるとスピ
ン軸は天頂に向かつて歳差運動をすることができ
る。振り子装置をジヤイロケースに取り付けれ
ば、この効果により振り子にトルクを生ずる。振
り子と結合したピツクアツプから得られる信号は
傾きや方位トルクに比例した値となる。従つて、
振り子装置は、ジヤイロコンパスが運搬体に使用
されていると、加速度の影響をまともに受けてそ
の動作に悪影響を与える。

また、ジヤイロバーテイカルの一つの種類にお
いては、振り子装置はジヤイロケース上に取り付
けられ、それらのピツクオフはジヤイロの傾斜の
ピツチ及びロール成分を表わす信号を発生する。
これらの信号は、ジヤイロのスピン軸が垂直方向
に対して歳差運動をするようなトルクに対応す
る。このような振り子装置もまたジヤイロバーテ
イカルが運搬体の中に配置されている時は、好ま
しくない加速度を受ける。例えば、米国特許
2819052号明細書に記載された振り子装置におい
ても、振り子に加わる加速度等の好ましくない外
部からの作用の影響を受け、正確な振り子装置出
力が得られないという欠点がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、従つて、振り子装置が受ける
加速度の振り子装置の出力への影響を制限する回
路を組み込んだ振り子装置を提供することであ
る。

（発明の概要） 本発明の振り子装置によれば、振り子と、外部
の作用による該振り子の変位に応答して出力信号
を発生するようにされたピツクオフと、該ピツク
オフの出力信号の供給を受ける一方の入力端子を
有する比較器と、該比較器に接続され該比較器の
出力信号を入力する積分器と、を備え、前記積分
器の出力端子を前記比較器の他方の入力端子に接
続することによつて、前記比較器と前記積分器が
所定変化率以下の前記ピツクオフの出力信号の変
化のみを表す信号を出力するように前記ピツクオ
フの出力信号の変化率を制限するようにしてい
る。

本発明の振り子装置がジヤイロコンパスと組み
合わされる場合は、正常動作において発生する変
化割合の振り子出力における変化に電気回路出力
が追従できるようにするが、例えば、船の進路変
化又は、北−南軸と東−西軸の間の軸の回りのロ
ーリングによる、ジヤイロコンパスの取り付けら
れている運搬体の加速度によつて生じるより大き
な割合での変化に追従するのを妨げるため所定の
変化割合を選択することができる。振り子ピツク
オフ出力に適当な制限を課すことによりさらに改
善が得られる。

同様に、本発明の振り子装置が運搬体に取り付
けられているジヤイロバーテイカルと組み合わさ
れる場合には、各振り子装置の電気回路は運搬体
の水平加速度の影響を減衰させる。

（実施例） 本発明を図面を参照して以下にさらに詳しく説
明する。

第１図に示される本発明の振り子装置は、振り
子PM及びそれに関連したピツクオフPOを含み、
その出力e₁は第１増幅器A₁の一つの入力端子に
印加される。属幅器A₁の出力端子は抵抗器Ｒを
通して第２増幅器A₂の入力端子に接続される。
コンデンサＣが増幅器A₂の両端に接続されるが、
その出力端子は装置の出力を構成する。増幅器
A₂の出力は増幅器A₁の他の入力端子に接続され
る。

装置の入力端子に電圧e₁が加えられると、増幅
器A₁はコンデンサＣの存在により積分器として
働く増幅器A₂に出力e₂を供給する。増幅器A₂の
出力は増幅器A₁に帰還されるので、これは比較
器として動作する。

増幅器A₁の出力e₂は＋Ｅと−Ｅとの間で転換
される。ただしＥは一定でありかつＥの符号は
（e₁−e₃）の符号に依存する。増幅器A₁はヒステ
リシスおよび時間遅延が極めて小となるように高
利得ならびに高速レスポンスを有することができ
る。増幅器A₂は積分器として働くので、 e₃＝１／RC∫e₂dt＋（定数） 従つて、ヘビーサイド演導子をＤとすれば、（e₁
−e₃）の符号に依存して、 De₃＝＋Ｅ／RCまたはDe₃＝−Ｅ／RC となる。

従つてe₃は必ずこの割合で変化し、すなわちそ
れは定常状態とはなりえず、また他のいかなる割
合で変化することもできない。従つて、この回路
は割合限定回路となる。

入力の簡単な電圧信号に応動する説明のための
回路の動作を、第２図および第３図について以下
に説明する。

第２図は入力e₁に対する出力e₃を示す。回路の
比較部は絶えず上下にスイツチして、積分部を充
放電するので、e₃はe₁に等しい平均値を持つ三角
波である。

第３図はｔ＝０におけるe₁のステツプ変化を示
す。ｔ＝０より前では、e₁＝０であり、e₃の平均
値は０である。ｔ＝０で、e₁＝Ａボルトとなり、
e₃はe₃＝e₁となるまで一定の傾斜で増大し、それ
からは平均値Ａのままで、前のように小さな三角
波を構成する。第２図と第３図では、三角波の振
幅は明確に示されるように誇張されており、実際
には三角波は見えないほど小さい。

割合限定回路をジヤイロコンパスと組み合わせ
た装置の動作を、第１図、第４図および第５図に
基づいて以下に説明する。入力e₁はジヤイロコン
パスの振り子PMと組み合わされたピツクオフ
POによつて与えられる。この入力e₁は、ジヤイ
ロ傾斜角に左右される符号と大きさを持つ電圧で
あつて次の式によつて与えられる。

e₁＝Ｋ（θ＋ａ／ｇ）／１＋τD ただしＫは換算定数 θはジヤイロの傾斜角 τは振り子の時定数 ａは南北の加速度 ｇは重力加速度の定数 ジヤイロコンパスがコンパスを固定した静止状
態で運搬体に搭載され、従つてθ＝０、かつe₁＝
０であると仮定する。いま運搬体が北−南または
南−北の加速度、あるいは例えば直線コースの速
度変化、速度回転、または両者の組合せなどによ
る加速度成分を受けるものとする。

第４図は、加速度をステツプ加速度として理想
化して、適当な値を例示的に挿入して図示したも
のである。ステツプ加速度は17.5ノツトの北−南
速度変化に相当する１分間のａ＝0.15メートル／
秒²として示されている。振り子の時程数は（1/
２）分として示され、e₁およびe₃は10³ミリボル
ト／メートル秒^-2で目盛られ、これは静止状態の
振り子の毎傾斜角度につき170ミリボルトとして
表わすことができる。この電圧換算は全く任意で
ある。

e₁はｔ＝０で始まつて加速度が続く間目標の
150ミリボルトのレベルに向つて指数的に増大し、
e₃は一定の割合で増大する。ｔ＝１分で加速度が
終り、e₃は０に向つて指数的に降下する。ｔ＝
1.9分でe₃はe₁を越え、次にe₃はある一定の割合で
降下し始める。

この例では、e₃の傾斜は11ミリボルト／分とし
て選ばれており、e₃とe₁は同一の静止状態目盛を
有し、この割合（11.0ミリボルト／分）でのe₃の
連続変化は振り子が毎時４度の割合で連続的に傾
斜してゆくときに生ずる。かくて、e₃はｔ＝1.9
分からe₁が再びe₃を越えるｔ＝4.2分まで一定の
割合で降下し、この点から先は、e₁が０に向うに
つれてe₃はe₁の跡を追う。e₃の線の下にある影の
部分は約５ノツトの北−南速度変化に比例する
が、これは17.5ノツトの原加速度エンベロープと
同程度である。

e₃の線の傾斜についてもつと小さな値が選択さ
れるならば回路は一層有効となるが、もちろんコ
ンパスを正しく動作させるには十分な割合が選択
されなければならない。

本質的に、電圧e₃は正常なジヤイロコンパス動
作によるe₁の変化に追従して速く変化することが
許されるが、運搬体の加速度から生じるe₁の変化
より大きな割合の変化に追従する速い変化は許さ
れない。振り子がe₁を制限する抑制装置または電
気装置を備えるならば、性能はさらに改善され
る。第５図はe₁が50ミリボルトで制限される場合
を示す。加速度入力は前のとおりであるので、目
盛および振り子の時定数ならびにe₃の傾斜も前の
とおりである。このとき、e₃の下の部分は３ノツ
トの速度変化に比例する。

本発明に係る割合限定回路は、「象限動揺誤差」
として普通知られる種類のジヤイロコンパス誤差
を減らすのにも応用される。ジヤイロスコープが
公称の北−南水平軸の回りを振れるようにピボツ
ト取り付けされ、かつ底部を重く作られている振
り子制御装置を持つように設計されたジヤイロコ
ンパスでは、この誤差は公称の東−西水平軸の回
りの振り子の振れに適合するようにピボツト取り
付けされたジヤイロスコープの振れによつて生ず
る。このような組合せの振れは、通常かかるジヤ
イロコンパスが艦船に搭載して使用される場合に
生じる。通常見られるように、ジヤイロコンパス
が艦船のロール中心より上に置かれるならば、艦
船のローリングに起因する周期的な水平加速度が
存在するであろうし、もしそれが正確に北−南ま
たは正確に東−西ではなく、「中間方位」の軸の
回りをロールするならば、かかる加速度は問題の
組合せの振れを生じるであろうし、これはジヤイ
ロコンパスの誤差に通じることがある。この誤差
は二つの振れの振幅の積にほぼ比例する。振り子
出力信号が本発明による回路で処理されるなら
ば、信号の振れの振幅は大幅に減少され、従つて
このような誤差は減少される。これに関連した本
発明の回路の動作は、それぞれの正弦波入力e₁に
対する回路の出力e₃を示す第６図、第７図および
第８図からさらによく理解できる。e₁の最大変化
割合はこれらの図に示す場合のe₃について選択さ
れた一定割合よりもはるかに大である。これらの
三つの図から、かかる正弦波入力を処理する方法
が明らかにされ、また下記事項が明らかになる： (i) 出力は入力と同一周波数の三角波である。

(ii) 出力振幅は入力振幅にほとんど無関係であ
る。

(iii) 出力振幅は入力周波数にほぼ反比例する。

実際にはe₃の変化の割合は、回路がかかるロー
リング信号入力を大幅に減衰させることを保証す
るように選択される。第９図は第６図、第７図お
よび第８図に似ているが、ありうる値を例として
示したものである。ミリボルト目盛および時間目
盛はいずれも、第４図と第５図で使用されたもの
より３倍大きい。従つてe₃の傾斜は前のように不
変であり、振り子の時定数も前のとおりである。
入力信号e₁は、ローリングしている艦船上のかか
る振り子から容易に生じる周波数および振幅を持
つ。出力波形e₃はそのときこの入力信号e₁による
回路の動作から生じる。

第１図の２個の振り子装置は、運搬体上に取り
付けられるジヤイロバーテイカルに使用すること
ができ、この場合、両方の振り子は運搬体の水平
加速度による作用を受ける。これら振り子装置の
回路は、ジヤイロコンパスについて説明したよう
に加速度の影響を減衰させる。

本発明の振り子装置の回路は前述のアナログ構
成部品の代わりにデイジタル構成部品によつて少
なくとも一部替えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の構成図、第２図か
ら第９図までのおのおのそれぞれの入力波形によ
る回路の出力波形を示す。 Ａ，A₂……増幅器、Ｃ……コンデンサ、PM…
…振り子、PO……ピツクオフ、Ｒ……抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振り子と、外部の作用による該振り子の変位
   に応答して出力信号を発生するようにされたピツ
   クオフと、該ピツクオフの出力信号の供給を受け
   る一方の入力端子を有する比較器と、該比較器に
   接続され該比較器の出力信号を入力する積分器
   と、を備え、前記積分器の出力端子を前記比較器
   の他方の入力端子に接続することによつて、前記
   比較器と前記積分器が所定変位率以下の前記ピツ
   クオフの出力信号の変化のみを表す信号を出力す
   るように前記ピツクオフの出力信号の変化率を制
   限するようにしたことを特徴とする振り子装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記積分器は増幅器と該増幅器にフイードバツク
   関係で接続されたコンデンサとを備え、また前記
   比較器は差動増幅器を備えていることを特徴とす
   る振り子装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   装置において、さらに前記ピツクオフと前記比較
   器との間で動作する信号制限手段を有することを
   特徴とする振り子装置。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   に記載の装置において、前記振り子は変位を制限
   する抑制装置を有することを特徴とする振り子装
   置。