JPH0354476A

JPH0354476A - ２軸角速度・加速度センサの信号処理装置

Info

Publication number: JPH0354476A
Application number: JP1189873A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hayakawa; 義彰早川; Hisashi Murayama; 村山　尚志; Kenichi Abe; 健一阿部
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 1989-07-22
Filing date: 1989-07-22
Publication date: 1991-03-08
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JP2728300B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、２軸角速度・加速度センサの信号処理装置に
関し、特に、ディジタル・デモジュレータを用いて２軸
角速度・加速度センサ〈以下、マルチセンサ（登録商標
名）と称する）の信号処理を行う装置に関する。本発明
による装置は、例えば航空機、飛翔体等における慣性誘
導装置、姿勢制御装置等に利用される。

〔従来の技術〕

第４図には従来形におけるマルチセンサの信号処理方式
が一部模式的に機能ブロック図の形態で示される。

図中、ＭＬＳはマルチセンサを示し、例えば第３図に示
されるような構造を有するセンシングエレメント（ピッ
クオフ）　Ｐ／０　，該ビックオフをジャイロ・ホイー
ル・サプライ　（ＧＷＳ）からの信号に基づいて回転駆
動するモータＭ１スリップリングＳＲ，ビックオフＰ／
Ｏの回転位置を検出するためのフォトセンサＰＳ，該フ
ォトセンサの出力信号を増幅するバッファ増幅器ＢＡ等
を含んで構或されている。

マルチセンサＭＬＳの出力信号は角速度、加速度および
回転数の情報を含む。このうち、回転数信号は位相基準
信号発生器に人力され、そこでＯ゜基準信号と９０゜基
準信号が生或される。また、角速度および加速度信号は
それぞれ、増幅器・フィルタを介して１対のデモジュレ
ータ（０゜基準信号および９０゜基準信号用）に人力さ
れ、それぞれデモジュレートされた後、さらに増幅器・
フィルタを通り、角速度信号（Ｘ軸、Ｙ軸）および加速
度信号（Ｘ軸、Ｙ軸）として出力される。つまり、従来
のマルチセンサの信号処理は、全波整流型デモジュレー
夕を用いて、搬送波信号（角速度および加速度信号）に
対し０゜および９０゜基準信号を用いてその符号を判定
するようになっている。

第５図には第４図におけるデモジュレータ部の構或が示
される。この構成は特願昭６３−１８９６５７号明細書
に開示されている。

第５図において、ＭＳはマルチセンサからの出力信号（
モジュレーション人力信号）を示し、その電圧レベルを
ＶとするとＶ＝Ｋ−ｃｏｓ（ωｔ−φ）で表される。た
だし、ωはビックオフ（第４図参照）の回転角速度また
は角周波数、φは検出される信号（ベクトル）が固定座
標Ｘ軸となす角である。ＩＮＶはモジュレーション入力
信号ＭＳを反転するインバータ、Ｓｌ，Ｓ２はアナログ
スイッチを示し、該アナログスイッチはそれぞれ１対の
スイッチＳ１１，　ＳＬ２；Ｓ２１，　Ｓ２２からなり
、一方Ｓｌｌ，　Ｓ２１がオン状態の時、他方Ｓ１２．
　Ｓ２２はオフ状態となっている。

また、ＬＰＦＩ．　ＬＰＦ２はローパスフィルタ、ＤＪ
，ＯＭ２はデモジュレートされた信号、ＮＳは搬送波と
なる入力信号ＭＳの角周波数ωと等しい角周波数ωの矩
形波からなる基準信号、ＰＬＬは基準信号ＮＳに応答し
て０゜基準信号Ｐ１と９０゜基準信号Ｐ２を出力する回
路を示す。

モジュレーション入力信号ＭＳはアナログスイッチＳｌ
，　Ｓ２を介してローパスフィルタＬＰＦＩ，　ＬＰＦ
２に導かれる。この場合、０゜基準信号Ｐ１または９０
゜基準信号Ｐ２が“Ｈ′″レベルの時は各アナログスイ
ッチＳｌ，　３２　におけるスイッチＳｌｌ．　Ｓ２１
がオンし、人力信号ＭＳがそのままローバスフィルタＬ
ＰＦＩ，　ＬＰＦ２に入力される。一方、０゜基準信号
Ｐ１または９０゜基準信号Ｐ２が“し”レベルの時は各
アナログスイッチＳｌ，　Ｓ２　における他方のスイッ
チＳ１２，　Ｓ２２がオンし、インバータＩＮＶで反転
された入力信号ＭＳがローパスフィルタＬＰＦＩ，　Ｌ
ＰＦ２に入力される。

このように、全波整流型デモジュレー夕は、基準信号Ｐ
ＩまたはＰ２の半周期毎に変化する゛′Ｈ”レベルまた
は“し”レベルの信号に応じて、その時のＶ＝Ｋ−ＣＯ
Ｓ（ωｔ一φ）の人力信号ＭＳの極性を変化させてデモ
ジュレーションを行う。このデモジュレート後の信号（
アナログスイッチの出力）波形と位相角φとの関係が第
６図（ａ）〜（Ｃ）　　に示される。

この信号波形の直流分を計測することにより、モジュレ
ーション人力信号ベクトルの方向および大きさを知るこ
とができる。このデモジュレート後の信号をローパスフ
ィルタＬＰＦＩ，　ＬＰＦ２を通して低域ろ波し、さら
にアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器ＣＯＮでＡ／
Ｄ変換を行った後、制御処理装置ＣＰυに送り、例えば
前述したような姿勢制御等に利用する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の信号処理方式では、第４図に示されるように１個
のマルチセンサに対し４個のデモジュレー夕を用意しな
ければならず、しかもＰＬＬ回路等を用いて０゜および
９０゜の基準信号を作ることが必要であった。このこと
は、回路構或を全体的に複雑にするので、好ましいとは
言えない。

また、前述したように全波整流型デモジュレータは基準
信号ＮＳにより入力信号ＭＳをアナログスイッチＳＬ，
　３２でスイッチングし、ローバスフィルタＬＰＦＩ．
　ＬＰＦ２を通してデモジュレート信号を得ているので
、アナログスイッチのスイッチング速度の変動に起因す
るオフセット電圧の変動、アナログＩＣのドリフトに起
因するオフセット電圧の変動が大きいという問題が生じ
る。さらに、得られたデータをディジタルで処理するた
めにＡ／Ｄ変換を行うが、この時に誤差が増大するとい
う不都合が生じる。

本発明は、上述した従来技術における課題に鑑み創作さ
れたもので、比較的簡易な構成で、アナログ信号特有の
オフセット電圧変動に起因する影響を少なくすると共に
、Ａ／Ｄ変換に伴う精度の劣化を解消することができる
マルチセンサの信号処理装置を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上述した従来技術における課題は、マルチセンサ（２軸
角速度・加速度センサ）からのアナログ信号を早い段階
でディジタル信号に変換してディジタル・デモジュレー
ションを実現することにより解決される。

従って、本発明による２軸角速度・加速度センサの信号
処理装置は、２軸角速度・加速度センサからの複合ベク
トル信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、前記複
合ベクトル信号と同じ周期をもつ基準信号に応答し、該
基準信号に位相同期させてディジタル正弦波信号を発生
する正弦波信号発生手段と、該ディジタル正弦波信号と
前記Ａ／Ｄ変換回路からのディジタル信号との乗算を行
うディジタル乗算手段と、該ディジタル乗算手段の出力
の低周波成分を通過させるディジタルフィルタ手段とを
具備し、前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記複合ベクトル信号
から角速度信号、第１の加速度信号または第２の加速度
信号のいずれかを選択するマルチプレクサと、該マルチ
プレクサの出力信号をサンプル・ホールドする回路と、
該サンプル・ホールドされた信号をディジタル化する回
路とを含むことを特徴とする。

また、上述した構或において好適には、上記Ａ／Ｄ変換
回路はさらに外部からの温度情報の信号をディジタル化
し、上記信号処理装置はさらに、該Ａ／Ｄ変換回路から
のディジタル温度情報に基づき較正データを得るデータ
較正部と、該データ較正部からの較正データに基づき前
記基準信号および前記ディジタルフィルタ手段の出力信
号を較正する手段を具備する。

〔作用〕

複合ベクトル信号は検出ベクトルの方向に応じて位相φ
が変化し、検出ベクトルの大きさに応じてその振幅がモ
ジュレートしているので、この複合ベクトル信号をＡ／
Ｄ変換回路において適当な時間間隔でサンプリングする
ことにより、該複合ベクトル信号に対応したディジタル
信号が得られる。一方、複合ベクトル信号と同じ周期を
もつ基準信号に位相同期させて該基準信号の１周期内を
所定時間間隔をおいて区切り、その時間位置に対応した
正弦波の値（ｃｏｓまたはｓｉｎの値）を正弦波信号発
生手段からディジタル値で出力する。次いで、これらＡ
／Ｄ変換された複合ベクトル信号とディジタル正弦波信
号とを乗算し、この乗算の結果の出力の低周波或分を通
過させることにより、デモジュレーション信号（ＣＯＳ
φまたはｓｉｎφ）を得ることができる。

このように、マルチセンサからのアナログ信号を早い段
階においてディジタル信号に変換し、信号処理をディジ
タル形式で行っているので、アナログ信号特有のオフセ
ット電圧変動に起因する影響を少なくすることができ、
比較的簡易な構或でありながらＡ／Ｄ変換に伴う精度の
劣化を抑制することが可能となる。

なお、本発明の他の構戊上の特徴および作用の詳細につ
いては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施例
を用いて説明する。

〔実施例〕

第１図には本発明によるマルチセンサの信号処理装置の
一実施例の全体構或が示される。

図中、白抜きの太い矢印はデータパス、ハッチングで示
される太い矢印はアドレスバスを示す。

１０ａ，　１０ｂはマルチセンサ（＋，Ｉｓ）を示し、
該マルチセンサの出力１ａ．　ｌｂはフィルタ２を介し
てＡ／Ｄ変換回路４に入力される。この場合、センサ出
力１ａ（ｌｂ）は第３図に示す複合ベクトル信号であっ
て、１個のマルチセンサ１０ａ　（１０ｂ）に対し角速
度信号と２つの加速度信号（互いに位相的に９０゜ずれ
ている）の３つからなる。従って、２個のマルチセンサ
ｌａ，ｌｂからは合計６チャネルの信号がフィルタ２を
介してＡ／Ｄ変換回路４に入力される。３ａ，３ｂは回
転体（第３図に示すセンシングエレメント；ビックオフ
）の回転位置基準信号（ディジタル信号プロセッサの割
込み信号となる）、８は温度情報等を含むアナログ信号
を示し、Ａ／Ｄ変換回路４に入力される。

Ａ／Ｄ変換回路４は、マルチプレクサ４１と、サンプル
・ホールド回路４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、論理
回路部４４とを含んで構戊されている。マルチプレクサ
４１は、論理回路部４４からの選択信号ＳＥＬに応答し
てマルチセンサからの各出力信号あるいは外部からのア
ナログ信号８のいずれかを選択する。また、サンプル・
ホールド回路４２は、論理回路部４４からのサンプリン
グ信号ＳＰＬに応答してマルチプレクサ４Ｉの出力信号
をサンプル・ホールドする。Ａ／Ｄコンバータ４３は、
このサンプル・ホールドされた信号を論理回路部４４か
らの開始制御信号ＳＯＣに応答してディジタル化し、そ
してＡ／Ｄ変換動作を終了すると終了信号ＥＯＣを発生
する。このディジタル化された信号は、論理回路部４４
を介してディジタル信号プロセッサ６に入力され、デモ
ジュレートされる。

また、１１はマルチセンサに内蔵されているモータ（第
４図参照）に駆動信号ＭＤを供給するジャイロ・ホイー
ル・サプライ、１２はディジタル信号プロセッサ６を制
御するための論理回路部、ｌ３は該論理回路部ｌ２の動
作に必要なクロックを発振するオシレー夕、１４は制御
処理装置７との間に介在されたインタフェース部、１５
はディジタル信号プロセッサ６の動作を規定したプログ
ラム等を格納しているＲＯＭ，そして、１６はデモジュ
レーションの際に授受されるデータ等を一時的に格納す
るＲＡＭを示す。制御処理装置７は、ディジタル信号プ
ロセッサ６により得られたデモジュレーション信号を、
例えば前述したような姿勢制御等に利用するためのもの
である。

次に、第１図におけるディジタル信号プロセッサの構或
および作用について第２図を参照しながら説明する。な
お、図示の例では本発明に係わる部分の構戊のみが示さ
れ、また第１図における論理回路部ｌ２およびインタフ
ェース部１４は省略されている。

図中、前段フィルタ２ａ，　２ｂは第１図のフィルタ２
に対応している。ディジタル信号プロセッサ６は、正弦
波信号（ｃｏｓ／ｓｉｎ信号）発生手段５と、回転位置
基準信号３ａ，　３ｂに応答してｃｏｓ／ｓｉｎ信号発
生手段５の位相同期を行うディジタルＰ　Ｌ　Ｌ６１と
、Ａ／Ｄ変換回路４からのディジタル入力信号Ｍ［ｌと
ｃｏｓ／ｓｉｎ信号発生手段５からのディジタル正弦波
信号ｃｏｓ，　ｓｉｎとを乗算する乗算手段６２１，６
２２と、該乗算手段６２１．　６２２の出力の低周波或
分のみを通過させるディジタルフィルタ６３１．６３２
　と、Ａ／Ｄ変換回路４からのディジタル温度情報ＴＰ
に基づき較正データを得るデータ較正部９と、該較正デ
ータに基づいてディジタルＰ　Ｌ　Ｌ６１の出力および
ディジタルフィルタ６３１，　６３２の出力を較正する
データ較正手段としての加算器６４１，　６４２．　６
４３　とを含んでいる。

ｃｏｓ／ｓｊｎ信号発生手段５は、ＦＲＯＭにより構戒
され、基準信号３ａ，　３ｂのｌ周期内の時間位置に対
応したＣＯＳまたはｓｉｎの値をディジタル形式で出力
する。較正データ部９は、ＦＲＯＭにより構威され、予
めセンサの温度情報ｇａ，　８ｂにより必要な較正情報
を記憶しておき、各温度に対応したＡ／Ｄ変換回路４か
らのアドレスにより読み出してディジタル形式の較正デ
ータを出力する。

ディジタルＰ　Ｌ　Ｌ６１は、基準信号３ａ，　３ｂに
位相同期したディジタルの信号ＲＥＦを得て、該基準信
号の１周期を所定の間隔でタイミングをとり、パルスを
発生している。このパルスは、加算器６４１において較
正データ部９からの較正データと加算されて較正され、
その結果はアドレスとしてＣＯＳ／ｓｉｎ信号発生手段
５のＦＲＯＭに供給される。これによって、該アドレス
に対応したメモリ内容が読み出される。メモリ内容とし
ては、ｌ周期（２π）について所定角度の間隔でその角
度に対応するＣＯＳおよびｓｉｎの値が記憶されている
。乗算手段６２１，　６２２においては、ｃｏｓ／ｓｉ
ｎ信号発生手段５のＦＲＯＭから読み出したディジタル
正弦波信号ｃｏｓ，　ｓｉｎと、センサ出力１ａ，ｌｂ
をＡ／Ｄ変換したディジタル入力信号ＭＯとが乗算され
る。

ところで、センサ出力１ａ，ｌｂは、Ｖ＝Ｋ●ｃｏｓ　（ωｔ−φ〉と表される。ここで、Ｋは定数、ωは搬送波の各周波数
、φは位相角である。乗算手段６２１における乗算は、
ＦＲＯＭからのＣＯＳωｔに関しては、ＶＸ＝Ｋ　−　
ｃｏｓωｔ　◆ｃｏｓ（ωｔ−φ〉＝　（１／２）・Ｋ
−ＣＯＳφ ＋　（１／２）・Ｋ−ｃｏｓ（２ωｔ一φ）となり、乗
算手段６２２におけるｓｉｎωｔの乗算に関しては、 ■，＝Ｋ◆　Ｓ１ｎωｔ　ＩＣＯＳ（ωｔ−φ）＝　（
１／２）　・Ｋ　−　　ｓｉｎφ＋（１／２）・Ｋ−Ｓ
ｌｎ（２ωｔ　−φ）となり、（１／２）・Ｋ・　ｃｏ
ｓφおよび（１／２）・Ｋ・ｓｉｎφが得られる。これ
は、例えば回転している角度センサまたは加速度センサ
からの検出値の固定座標系（Ｘ，　Ｙ）での値となる。

また、（１／２）・Ｋ・ＣＯＳ（２ωｔ−φ）と（１／
２）　・Ｋ　−ｓｉｎ（　２　ωｔ　−φ）については
、ディジタルフィルタ６３１，６３２で容易に打ち消す
ことができる。ディジタルフィルタリングした後、Ａ／
Ｄ変換回路４でディジタル信号に変換した温度情報ＴＰ
を基に較正係数を較正データ部９から読み出し、加算器
６４２，　６４３でこれらを加算することによりデータ
較正をして、制御処理装置７に送出する。

このように本実施例の信号処理装置では、マルチセンサ
からのアナログ信号を早い段階（前段フィルタを通した
直後）においてマルチプレクスし、かつサンプル・ホー
ルドしてディジタル信号に変換し、装置内での信号処理
は実質的にディジタル形式で行っている。そのため、ア
ナログ信号に特有のオフセット電圧変動に起因する影響
を少なくすることができ、Ａ／Ｄ変換に伴う精度の劣化
を抑制することができる。

また、従来形に見られたような１個のマルチセンサに対
して複数個のデモジュレー夕を用意しなければならない
といった不都合、を解消することができるので、回路構
戊の簡素化に有利なものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、アナログ信号特有
のオフセット電圧変動に起因する影響を少なくすること
ができると共に、比較的簡易な構戒でありながら精度の
高いものが得られる利点を有する。また、ディジタル信
号が直接得られるので、Ａ／Ｄ変換に伴う精度の劣化を
解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマルチセンサの信号処理装置の一
実施例の全体構戊を示すブロック図、第２図は第１図に
おけるディジタル信号プロセッサの、本発明に係わる部
分の構戊を示すブロック図、第３図はマルチセンサを説明するための図、第４図は従
来形におけるマルチセンサの信号処理方式を説明するた
めの、一部模式的に示した機能ブロック図、第５図は第４図におけるデモジュレータ部の構或を詳細
に示すブロック図、第６図（ａ）〜（Ｃ）　　は第５図におけるアナログス
イッチの出力を説明するための信号波形図、である。（符号の説明）ｌａ，　ｌｂ・・・複合ベクトル信号、２．２ａ，２ｂ
・・・フィルタ、３ａ，３ｂ・・・回転位置基準信号、
４・・・Ａ／Ｄ変換回路、５・・・正弦波（ｃｏｓ／ｓ
ｉｎ）信号発生手段、６・・・ディジタル信号プロセッ
サ、７・・・制御処理装置、８ａ，　８ｂ・・・温度情
報信号、９・・・データ較正部、１０ａ．　１０ｂ・・
・２軸角速度・加速度センサ（マルチセンサ）　、４１
・・・マルチプレクサ、４２・・・サンプル・ホールド
回１ｍ、４３・・・Ａ／Ｄコンバータ、６２１，６２２
・・・ディジタル乗算手段、６３１．　６３２・・・デ
ィジタルフィルタ手段、６４１，　６４２．　５４３・
・・加算器、ｃｏｓ，ｓｉｎ・・・ディジタル正弦波信
号、ＲＥＦ・・・ディジタル基準信号、ＭＤ・・・ディ
ジタル人力信号、ＴＰ・・・ディジタル温度情報信号、
Ｘ，Ｙ・・・デモジュレーション信号。第４図｛こみけるデモジュレー夕部の構成を詳細に示す
ブロック図１５１２１

Claims

【特許請求の範囲】

１．２軸角速度・加速度センサ（１０ａ、１０ｂ）から
の複合ベクトル信号（１ａ、１ｂ）をディジタル化する
アナログ／ディジタル変換回路（４）と、前記複合ベクトル信号と同じ周期をもつ基準信号（ＲＥ
Ｆ）に応答し、該基準信号に位相同期させてディジタル
正弦波信号（ｃｏｓ、ｓｉｎ）を発生する正弦波信号発
生手段（５）と、該ディジタル正弦波信号と前記アナログ／ディジタル変
換回路からのディジタル信号（ＭＤ）との乗算を行うデ
ィジタル乗算手段（６２１、６２２）と、該ディジタル
乗算手段の出力の低周波成分を通過させるディジタルフ
ィルタ手段（６３１、６３２）とを具備し、前記アナログ／ディジタル変換回路は、前記複合ベクト
ル信号から角速度信号、第１の加速度信号または第２の
加速度信号のいずれかを選択するマルチプレクサ（４１
）と、該マルチプレクサの出力信号をサンプル・ホール
ドする回路（４２）と、該サンプル・ホールドされた信
号をディジタル化する回路（４３）とを含むことを特徴
とする２軸角速度・加速度センサの信号処理装置。２、前記アナログ／ディジタル変換回路（４）はさらに
外部からの温度情報の信号（８ａ、８ｂ）をディジタル
化し、前記信号処理装置はさらに、該アナログ／ディジタル変
換回路からのディジタル温度情報（ＴＰ）に基づき較正
データを得るデータ較正部（９）と、該データ較正部か
らの較正データに基づき前記基準信号および前記ディジ
タルフィルタ手段の出力信号を較正する手段（６４１、
６４２、６４３）を具備することを特徴とする請求項１
に記載の信号処理装置。