JPH04104517U - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レート・ジャイロのプリセッションの軸の鉛
直線に対する傾きによって出力のレートに生ずる誤差を
減らすことを目的とする。 【構成】 設置台に２つのレート・ジャイロを設置し、
２つのレート・ジャイロをそれぞれのプリセッションの
軸がこの設置台の垂線に対して同角度の傾き交角を持た
せ、この２つのレート・ジャイロの出力のレートを平均
値計算回路で平均して出力することを特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、航空機，車輌などにおいて角速度を検出する角速度センサに関する ものである。

【０００２】

【従来の技術】

航空機などにおいて角速度の検出は、一般的にはレート・ジャイロが使用され ている。以下、ジャイロのプリセッションとレート・ジャイロの原理について簡 単に説明する。

【０００３】 図３はジャイロのプリセッションを示す図で、図に示すように、慣性能率Ｉｘ のローター１０が角速度ωｘで回転しているとする。Ｙ軸まわりにトルクＭｙを ｄｔ時間加えると、Ｙ軸方向にＭｙ・ｄｔの角運動量の変化を生じ、スピン軸は ｄθだけ回転する。したがって、Ｍｙｄｔ＝Ｉｘωｘｄθとなる。ｄθ／ｄｔ＝ ωｚとおくと、トルクＭｚによってＺ軸まわりにωｚ＝Ｍｙ／Ｉｘωｘの角速度 を生じる。このωｚをプリセッション速度という。プリセッションの軸はスピン 、トルクの軸に直交する。逆にＺ軸のまわりにωｚという角速度で基盤を回転さ せると、Ｙ軸まわりにＭｙ＝Ｉｘωｘωｚのトルクを生ずる。これをジャイロモ ーメントという。このジャイロのプリセッションの現象を利用したものの一つが レート・ジャイロである。

【０００４】 図４はレート・ジャイロの原理を示す図であり、例えば、航空機の運動により 基盤１１が角速度ωｚで回転すると、Ｙ軸まわりにＭｙ＝Ｉｘωｘωｚのトルク を生じ回転しようとする。この回転はバネ１２で拘束されているから、Ｋをバネ 定数とすると、Ｋθｙ＝Ｉｘωｘωｚなるθｙだけ傾く。このθｙによって機体 の角速度ωｚを検出することができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 解決しようとする問題点は、従来の１つのレート・ジャイロを用いた角速度セ ンサでは、出力レートが設置台の傾斜角に依存してしまう点にある。 すなわち１つのレート・ジャイロにおいては、出力であるレートがプリセッシ ョンの軸の鉛直線に対する傾斜角の余弦に比例する。このため、例えば車に装着 するような場合、プリセッションの軸の方向を何を基準にして定めれば良いか難 しく、また、車が右折あるいは左折するなどにより傾斜した場合、出力レートに 誤差が生じてしまう。

【０００６】 本考案はかかる課題を解決するためになされたもので、プリセッションの軸の 鉛直線に対する傾斜角が変化しても、出力のレートに誤差が生じることのない角 速度センサを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、設置台に２つのレート・ジャイロをそれぞれのプリセッションの軸 がこの設置台の垂線に対し同角度の傾き交角をもつ姿勢に設置し、この２つのレ ート・ジャイロの出力のレートを、平均値計算回路で平均して出力することを最 も主要な特徴とする。

【０００８】

【実施例】

図１は本考案の一実施例の構成を示す図で、図において、１は第１のレート・ ジャイロ、２は第２のレート・ジャイロ、３は２つのレート・ジャイロ１，２の 出力のレートの平均値を算出する平均値計算回路である。レート・ジャイロ１， ２のプリセッションの軸は、それぞれ設置台の垂線に対し同じ角度に傾き、そし て、互いに交わっている。

【０００９】 図２は本考案の一実施例の動作を示す。図において４はレート・ジャイロ１， ２の設置台、５，６はそれぞれ設置台４に設置したレート・ジャイロ１，２のプ リセッションの軸、７は設置台４の垂線、８は鉛直線を示す。

【００１０】 レート・ジャイロ１，２は、それぞれそのプリセッションの軸５，６が垂線７ に対して角度θだけ傾き、且つ、それぞれが交角２θで設置台４に設置されてい る。また、設置台４は水平面に対して角度ψだけ傾斜し、すなわち設置台４の垂 線７が鉛直線８に対し角度ψだけ傾いている。このとき、レート・ジャイロ１の 出力Ｖ₁ は軸５の鉛直線８に対する傾斜角に比例するため、Ｖ₁ ＝Ｖ₀ ｃｏｓ（ θ＋ψ）と表される。ここで、Ｖ₀ は軸５が鉛直線８と一致した場合の出力であ る。また、同様に、レート・ジャイロ２の出力Ｖ₂ はＶ₂ ＝Ｖ₀ ｃｏｓ（θ−ψ ）と表される。もし、傾斜角ψに比べ交角２θを充分大きく設定した場合、余弦 は、テイラー展開の手法により、次のように近似できる。 Ｖ₁ ≒Ｖ₀ ｃｏｓθ−Ｖ₀ （ｓｉｎθ）・ψ Ｖ₂ ≒Ｖ₀ ｃｏｓθ＋Ｖ₀ （ｓｉｎθ）・ψ これらの出力Ｖ₁ ，Ｖ₂ を平均値計算回路３に入力し、平均値Ｖを計算すると Ｖ＝Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ／２＝Ｖ₀ ｃｏｓ（θ＋ψ）＋Ｖ₀ ｃｏｓ（θ−ψ）／２ ≒Ｖ₀ ｃｏｓθとなる。 すなわち、予め設定した交角２θのみに依存し、傾斜角ψには依存しないレー トが得られ、傾斜角ψの変化によって出力に誤差が生ずることがなくなる。

【００１１】 なお、上記においては、２次元空間における傾斜に対する例について説明した が、３個のレート・ジャイロを使用し、３次元空間における傾斜に対して誤差が 生じないものを得ることもできる。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の角速度センサは、設置台の傾斜角に依存しない出 力のレートが得られるようになり、車などに装着する場合、設置台の傾斜角に考 慮を払う必要がなく容易に設置でき、また、例えば右折，左折のときの傾斜によ って生ずる誤差を減らすことができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本考案の一実施例の動作を示す図である。

【図３】ジャイロのプリセッションを示す図である。

【図４】レート・ジャイロの原理を示す図である。

【符号の説明】

１ 第１のレート・ジャイロ ２ 第２のレート・ジャイロ ３ 平均値計算回路 ４ 設置台 ５ プリセッションの軸 ６ プリセッションの軸 ７ 垂線 ８ 鉛直線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 設置台にそれぞれのプリセッションの軸
   がこの設置台の垂線に対し同角度の傾き交角をもつ姿勢
   に設置した２つのレート・ジャイロと、この２つのレー
   ト・ジャイロの出力のレートを平均する平均値計算回路
   とを備えたことを特徴とする角速度センサ。