JPH04152210A - Angular velocity sensor correcting method - Google Patents

Angular velocity sensor correcting method

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JPH04152210A
JPH04152210A JP2277075A JP27707590A JPH04152210A JP H04152210 A JPH04152210 A JP H04152210A JP 2277075 A JP2277075 A JP 2277075A JP 27707590 A JP27707590 A JP 27707590A JP H04152210 A JPH04152210 A JP H04152210A
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temperature
velocity sensor
sensor
fluctuation
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公明 伊藤
Kazuteru Sato
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Abstract

PURPOSE:To obtain the real angular velocity rid of fluctuation elements by removing characteristic fluctuation generated in association with the temperature fluctuation and the lapse of time, from the output of an angular velocity sensor. CONSTITUTION:An arithmetic part 7 integrates the digital value D1. corresponding to a signal omega generated at a sensor part body 1 every specified sampling period and outputs an angle signal phi. Data Ks (T) and B(T) corresponding to the temperature T measured by a temperature sensor 8 are read from look-up tables 10, 11. The arithmetic part 7 performs correction on the basis of the data D1, Ks(T), B(T) and the time elapsed data from the measurement starting time so as to compute the real angle PHI. The characteristic fluctuation generated in association with the temperature fluctuation and the lapse of time is thus removed from the output of an angular velocity sensor so as to obtain the real angular velocity or the angle rid of these fluctuation elements.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、運動体の運動を角速度又はそれを積分して角
度として測定する角速度センサに関し、特に、角速度セ
ンサの出力の温度変動及び時間経過に伴う固有の変動誤
差を補正するための角速度センサの補正方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an angular velocity sensor that measures the motion of a moving body as an angular velocity or an angle obtained by integrating the angular velocity, and particularly relates to an angular velocity sensor that measures the motion of a moving body as an angular velocity or an angle obtained by integrating the angular velocity. The present invention relates to a method of correcting an angular velocity sensor for correcting inherent fluctuation errors associated with angular velocity sensors.

[従来の技術] 従来、角速度センサは、センサ部本体が運動体の角速度
信号を出力し、更にこの角速度の信号を積分器で積分す
ることにより、運動体の方位角信号を発生する。このこ
とから、運動体の角運動の測定及び制御に応用すること
ができ、例えば、航空機、自動車、船舶の動揺測定、操
縦安定性の測定、又は制御等への応用が知られている。
[Prior Art] Conventionally, in an angular velocity sensor, a sensor main body outputs an angular velocity signal of a moving body, and the angular velocity signal is further integrated by an integrator to generate an azimuth signal of the moving body. For this reason, it can be applied to the measurement and control of the angular motion of a moving body, and is known to be applied to, for example, the measurement of sway, the measurement of maneuvering stability, or the control of aircraft, automobiles, and ships.

又、地下鉄工事やトンネル工事における掘削孔の掘進方
向を測定する測定装置や、上下水道管、ガス管等の比較
的小口径の孔の掘進方向を測定するための孔曲り測定装
置に適用されている。
It is also applied to measurement devices for measuring the direction of excavation of excavated holes in subway construction and tunnel construction, and hole bending measurement devices for measuring the direction of excavation of relatively small-diameter holes such as water and sewage pipes and gas pipes. There is.

角速度センサの出力は、温度に依存する変動成分と時間
経過に伴う変動成分を有している。変動成分が誤差とな
り、角速度センサの計測出力をそのまま角速度又は角度
として使用することができない。このため、従来は計測
開始前角速度センサを静止した状態にて角速度センサの
出力を一定時間サンプリングし、そのデータを平均化処
理して角速度センサの誤差としていた。計測時も角速度
センサの出力信号にその誤差が含まれているものとして
、その分を差引いたものを、真の角速度として角速度セ
ンサの補正を行っていた。
The output of the angular velocity sensor has a temperature-dependent fluctuation component and a time-dependent fluctuation component. The fluctuation component becomes an error, and the measurement output of the angular velocity sensor cannot be used as is as the angular velocity or angle. For this reason, conventionally, before starting measurement, the output of the angular velocity sensor was sampled for a certain period of time with the angular velocity sensor stationary, and the data was averaged to determine the error of the angular velocity sensor. During measurement, it is assumed that the output signal of the angular velocity sensor includes this error, and the angular velocity sensor is corrected by subtracting the error and treating it as the true angular velocity.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の補正方法のように単純に静止状態
での角速度センサの出力信号の平均化処理した固定値分
を補正しただけでは高精度の角速度又は角度を得られな
いという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as in the conventional correction method, it is not possible to obtain highly accurate angular velocity or angle by simply correcting a fixed value obtained by averaging the output signal of the angular velocity sensor in a stationary state. The problem was that it could not be done.

本発明は、これらの変動成分を補正して高精度の角速度
センサを実現するための補正方法を提供することを目的
とする。
An object of the present invention is to provide a correction method for correcting these fluctuation components to realize a highly accurate angular velocity sensor.

[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために本発明は次のナラ用を
湯えする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention boils the following oak.

まず本発明は、角速度センサの出力に含まれる誤差温度
変動成分と時間経過に伴って変動する固有の変動成分を
除去することにより真の角速度又は角度を求める角速度
センサの補正方法を対象とする。
First, the present invention is directed to a correction method for an angular velocity sensor that obtains a true angular velocity or angle by removing an error temperature fluctuation component included in the output of the angular velocity sensor and a unique fluctuation component that fluctuates over time.

この角速度センサの補正方法に関する本願の第1発明は
、 角速度センサ内に温度センサを設け、予め数点の代表的
なスケールファクタと直流オフセットを計測し、ルック
アップテーブルを作成する第1過程と; 実際の計測時、角速度センサ内の温度を該温度センサで
計測し、直流オフセット及びスケールファクタの温度変
更の成分を補正する第2過程と;を備えたことを特徴と
する。
The first invention of the present application regarding this angular velocity sensor correction method includes: a first step of providing a temperature sensor within the angular velocity sensor, measuring representative scale factors and DC offsets at several points in advance, and creating a look-up table; The method is characterized by comprising a second step of measuring the temperature within the angular velocity sensor with the temperature sensor during actual measurement, and correcting the component of the temperature change of the DC offset and scale factor.

また本願の第2発明としては、 角速度センサを静止状態にして、所定の周期毎に一定時
間のあいだ該角速度センサの出力信1号及び該温度セン
サのデータをサンプリングし、各データについて前項の
温度変動に関する直流オフセットの誤差成分を除去する
第1過程と;該温度変動補正したデータについて線形予
測を行い、温度依存性を有しない直流オフセット誤差成
分を時間に比例して変動する誤差成分を求め、計測時、
該温度依存性を有しない直流オフセット誤差成分と時間
に比例して変動する誤差成分を補正する第2過程と・ を備えたことを特徴とする。
In addition, as a second invention of the present application, the angular velocity sensor is kept in a stationary state, and the output signal No. 1 of the angular velocity sensor and the data of the temperature sensor are sampled for a certain period of time every predetermined cycle, and each data is set to the temperature specified in the previous section. A first step of removing DC offset error components related to fluctuations; linear prediction is performed on the temperature fluctuation corrected data, and an error component that fluctuates in proportion to time is determined from a DC offset error component that has no temperature dependence; When measuring,
The present invention is characterized by comprising a second step of correcting the DC offset error component having no temperature dependence and the error component varying in proportion to time.

更に本発明の補正方法の原理を説明すると次のようにな
る。
Further, the principle of the correction method of the present invention will be explained as follows.

角速度センサのセンサ部本体で発生する出力信号ωは、
次式(1)に示すように、真の角速度ωに温度変動係数
(スケールファクタという)K。
The output signal ω generated in the sensor body of the angular velocity sensor is
As shown in the following equation (1), the temperature variation coefficient (referred to as a scale factor) K is added to the true angular velocity ω.

(T)(但し、Tは温度値とする)を乗算したのに相当
する成分と、温度変動を伴う直流オフセット成分B (
T)と、温度依存性を有しない一定値の直流オフセット
成分Bと、温度依存性は無いが時間経過tに比例して変
動する成分KL−t(但し、K1.は比例定数とする)
の総和で表わされる。
(T) (where T is the temperature value) and the DC offset component B (
T), a constant value DC offset component B that has no temperature dependence, and a component KL-t that has no temperature dependence but fluctuates in proportion to the passage of time t (however, K1. is a proportionality constant)
It is expressed as the sum of

ω−KS  (T)  ・Ω+B (T) +B+KL
−t・・・(1) 更に、角速度センサを静止状態にしたときの出力ωは、
Ω=0の関係から、 ω=B (T) +B+KL  −t     ・・・
(2)と表される。
ω−KS (T) ・Ω+B (T) +B+KL
-t...(1) Furthermore, the output ω when the angular velocity sensor is in a stationary state is
From the relationship Ω=0, ω=B (T) +B+KL -t...
It is expressed as (2).

そして、実際の計測を開始する前に角速度センサを静止
状態にして、所定周期毎に出力をサンプリングすること
により、複数の出力ω1.ω2゜・・・ω7−1.ω。
Then, before starting actual measurement, the angular velocity sensor is placed in a stationary state and the output is sampled at every predetermined period, thereby producing a plurality of outputs ω1. ω2゜...ω7-1. ω.

を実測し、更に、上記式(2)に基づく次式(3)と(
4)による最小二乗法の演算により、温度に依存しない
成分に関わる定数に、 LとBを予測する。但し、B 
(T)は後述のルックアップテーブルを参照して、引い
ておく。
was actually measured, and further, the following equation (3) based on the above equation (2) and (
4) predicts L and B as constants related to temperature-independent components using the least squares method calculation. However, B
(T) is determined by referring to a lookup table described later.

(↓【 Δ1.)−Δt n   l−1 g= (” ’E (t)+)  Kt ’ (” ”
X Δtl)n  l+l             
     n   I−+・・・(4) 尚、上記式(3)、  (4)において、nは出力ωの
サンプル数、△1+ は各サンプリングの周期である。
(↓【 Δ1.)−Δt n l−1 g= (” 'E (t)+) Kt '(" ”
X Δtl)n l+l
n I-+ (4) In the above equations (3) and (4), n is the number of samples of the output ω, and Δ1+ is the period of each sampling.

一方、温度に依存する成分B (T)は、恒温槽内など
で静止状態にした角速度センサを数点の代表的な温度に
設定して各温度毎の出力ωを実測する。
On the other hand, for the temperature-dependent component B (T), an angular velocity sensor kept stationary in a thermostatic chamber or the like is set at several representative temperatures, and the output ω at each temperature is actually measured.

更に、温度に依存する成分KS  (T)は、恒温槽内
などで角速度センサを既知の角速度Ωで動作させて、各
温度に対する出力ωを実測する。
Furthermore, for the temperature-dependent component KS (T), the output ω for each temperature is actually measured by operating an angular velocity sensor at a known angular velocity Ω in a thermostatic oven or the like.

そして、これらの成分B (T)とKg  (’r)は
各温度毎のデータとして予め演算部の記憶手段に格納し
ておく。これをルックアップテーブルという。
These components B (T) and Kg ('r) are stored in advance in the storage means of the calculation section as data for each temperature. This is called a lookup table.

そして、実際の計測動作時に角速度センサが発生する出
力値ωと、温度センサで同時に計測した角速度センサの
温度Tに対するデータB (T)とKS(T)、及び計
測開始からの経過時間tを次式(5)に代入することに
より、補正した角速度Ωを算出する。
Then, the output value ω generated by the angular velocity sensor during actual measurement operation, the data B (T) and KS (T) for the temperature T of the angular velocity sensor measured simultaneously by the temperature sensor, and the elapsed time t from the start of measurement are as follows. By substituting into equation (5), the corrected angular velocity Ω is calculated.

尚、成分Bと定数KLは上述したように実測開始前に予
め求められている。
Note that the component B and the constant KL are determined in advance before the start of the actual measurement, as described above.

又、適宜の時間Δを内の積分器の出力を、次式(6)の
関係から、補正された方位角φ(=Ω・Δt)として求
めることができる。
Further, the output of the integrator within an appropriate time Δ can be determined as the corrected azimuth φ (=Ω·Δt) from the relationship of the following equation (6).

[作用] このような本発明の補正方法によれば、角速度センサの
出力から、温度変動と時間経過に伴う固有の変動を除去
することとなるので、これらの変動成分を除いた真の角
速度又は角度を得ることができる。
[Operation] According to the correction method of the present invention, temperature fluctuations and inherent fluctuations over time are removed from the output of the angular velocity sensor, so the true angular velocity or You can get the angle.

[実施例コ 以下、本発明の補正方法による補正回路を内蔵する角速
度センサ及び積分器の一実施例を図面と共に説明する。
[Embodiment 1] Hereinafter, an embodiment of an angular velocity sensor and an integrator incorporating a correction circuit according to the correction method of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、構成を第1図と共に説明する。同図において、1
は角速度センサのセンサ部本体であり、運動体の角速度
を表すアナログ信号ωを出力する。
First, the configuration will be explained with reference to FIG. In the same figure, 1
is the main body of the sensor section of the angular velocity sensor, which outputs an analog signal ω representing the angular velocity of the moving body.

但し、信号ωは、真の角速度Ωと温度変動成分及び時間
経過に伴って変動する成分を含む補正前の信号である。
However, the signal ω is a signal before correction that includes the true angular velocity Ω, a temperature fluctuation component, and a component that fluctuates over time.

2は積分器であり、信号ωとD/A変換器6との差を積
分する。
2 is an integrator that integrates the difference between the signal ω and the D/A converter 6;

3は三角波発生回路であり、予め設定された周波数及び
一定振幅の三角波信号S1を出力する。
3 is a triangular wave generation circuit which outputs a triangular wave signal S1 having a preset frequency and constant amplitude.

4は比較器であり、非反転入力接点に三角波信号S1が
印加されると共に、信号ωとD/A変換器6との差を積
分した信号が反転入力接点に印加される。そして、各信
号の電圧が83≧81の関係となるときは論理値“H”
、S3〈Slの関係となるときは論理値“L”となる矩
形信号S4を出力する。
4 is a comparator, to which a triangular wave signal S1 is applied to a non-inverting input contact, and a signal obtained by integrating the difference between the signal ω and the D/A converter 6 is applied to an inverting input contact. When the voltage of each signal has a relationship of 83≧81, the logical value is “H”
, S3<Sl, a rectangular signal S4 having a logic value "L" is output.

5はカウンタであり、所定のサンプリング期間Δを内に
おける矩形信号S4のH”レベルとなる時間をクロック
CKで計数し、計数値D1として出力する。カウンタの
データD1は演算部へ出力されるとともにD/A変換器
6へ出力され、D/A変換器6はデータD1に対応した
アナログ電圧を発生し、これを積分器2ヘフイードバツ
クする。
5 is a counter, which counts the time when the rectangular signal S4 reaches H'' level within a predetermined sampling period Δ using a clock CK, and outputs it as a count value D1.The data D1 of the counter is output to the calculation section and The data D1 is output to the D/A converter 6, which generates an analog voltage corresponding to the data D1, and feeds this back to the integrator 2.

このようなフィードバックループを構成しているので、
入力角速度ωとD/A変換器6の出力信号とはかならず
一致する。
This kind of feedback loop is formed, so
The input angular velocity ω and the output signal of the D/A converter 6 always match.

上記構成により、入力角速度ωをデータD1(デジタル
値)として検出することができる。
With the above configuration, the input angular velocity ω can be detected as data D1 (digital value).

8はセンサ部1の内部に設けられる温度センサであり、
センサ部本体1の温度Tを示す温度信号S5をA/D変
換器9へ供給する。
8 is a temperature sensor provided inside the sensor section 1;
A temperature signal S5 indicating the temperature T of the sensor body 1 is supplied to the A/D converter 9.

A/D変換器9は温度信号S5をADに変換する。温度
データADと角速度センサからの信号を処理し、不揮発
メモリから成るルックアップテーブル10と11を作成
する。
A/D converter 9 converts temperature signal S5 into AD. The temperature data AD and the signal from the angular velocity sensor are processed to create lookup tables 10 and 11 made of nonvolatile memory.

第1のルックアップテーブル10は、センサ部1の出力
信号ωのスケールファクタの温度依存性を補正するため
の補正データKS  (”r)を予め記憶し、第2のル
ックアップテーブル11は、センサ部1の出力信号ωの
直流成分の温度依存性を補正するため補正データB (
T)を予め記憶する。
The first lookup table 10 stores in advance correction data KS ("r) for correcting the temperature dependence of the scale factor of the output signal ω of the sensor section 1, and the second lookup table 11 stores correction data KS ("r) for correcting the temperature dependence of the scale factor of the output signal ω of the sensor section In order to correct the temperature dependence of the DC component of the output signal ω of section 1, correction data B (
T) is stored in advance.

そして、演算部7は、入力されるデータDI。The calculation unit 7 receives input data DI.

およびKs  (T)、B (T)について所定の補正
演算処理を行うことにより、真の角速度Ωや角度Φのデ
ータを出力する。
By performing predetermined correction calculation processing on Ks (T) and B (T), data of true angular velocity Ω and angle Φ are output.

次に、ルックアップテーブル10.11の内容を説明す
る。これらのデータは、工場等で角速度センサを出荷す
る前に予め試験を行うことによって決定され、記憶され
る。
Next, the contents of lookup table 10.11 will be explained. These data are determined and stored by conducting tests in advance at a factory or the like before shipping the angular velocity sensor.

まず、この実施例は、上記式(1)と(2)で示すよう
に、センサ部1の出力ωが、真の角速度Ωに温度変動係
数(スケールファクタ)K、(T)を乗算したのに相当
する成分と、温度変動を伴う直流オフセット成分B (
T)と、温度依存性を有しない一定値の直流オフセット
成分Bと、温度依存性は無いが時間経過tに比例して変
動する成分Kt−tの総和で表される。
First, in this embodiment, as shown in equations (1) and (2) above, the output ω of the sensor unit 1 is calculated by multiplying the true angular velocity Ω by the temperature variation coefficient (scale factor) K, (T). and the DC offset component B (
T), a constant value DC offset component B that has no temperature dependence, and a component Kt-t that has no temperature dependence but fluctuates in proportion to the passage of time t.

そして、出荷前の試験では、角速度センサを静止状態に
して、例えば−10℃からプラス50℃の範囲で10℃
毎に温度を変化させ各々の設定温度における角速度セン
サの出力B (T)とする。
In the test before shipping, the angular velocity sensor is kept stationary and the temperature is 10°C in the range of -10°C to +50°C.
The temperature is changed every time, and the output B (T) of the angular velocity sensor at each set temperature is set.

次に、角速度センサを恒温槽に入れ、且つ所定の角速度
Ω゛で作動された状態に設定して、例えば、マイナス1
0℃からプラス50℃の範囲で10℃毎に温度を変化さ
せ、夫々の設定温度における角速度センサの出力をKs
  (’r)とする。この演算によって得られた夫々の
データKs (T)とB (T)をルックアップテーブ
ル10.11に格納する。
Next, place the angular velocity sensor in a thermostatic chamber and set it to operate at a predetermined angular velocity Ω, for example, minus 1.
The temperature is changed in steps of 10°C from 0°C to +50°C, and the output of the angular velocity sensor at each set temperature is expressed as Ks.
('r). The respective data Ks (T) and B (T) obtained by this calculation are stored in a lookup table 10.11.

そして、A/D変換器9の温度Tを示す出力データAD
で各温度毎のデータに5 (T)とB (T)が出力さ
れることとなる。
Then, output data AD indicating the temperature T of the A/D converter 9
5 (T) and B (T) will be output as data for each temperature.

このようにして、ルックアップテーブル10゜11を形
成した後、出荷する。
After the lookup table 10.degree. 11 is formed in this manner, it is shipped.

次に、実際の計測を行う場合の動作を説明する。Next, the operation when performing actual measurement will be explained.

まず、計測動作を開始する時点(toとする)より所定
時間前の間に、誤差の推定を行う。即ち、この時間の間
に、演算部7が上記式(3)と(4)の演算を行うこと
によって、センサ部本体1の定数KLとBを予め高精度
で求めておく。
First, the error is estimated during a predetermined period of time before the start of the measurement operation (referred to as to). That is, during this time, the constants KL and B of the sensor body 1 are determined in advance with high accuracy by the calculation unit 7 calculating the above equations (3) and (4).

つまり、この誤差の推定においては、角速度センサを静
止状態(即ち、Ω−0)にして、センサ部1から出力さ
れる信号ωに相当するデータD1を所定のサンプリング
期間Δを毎に計測し、この計測によって得られる複数個
nのデータ[上記式(3)と(4)のω1に相当するコ
に基づいて、演算部7が上記式(3)と(4)の演算を
行うことによって定数KLとBを算出し、実際の計測時
の補正処理においてこれらの定数を適用する。
That is, in estimating this error, the angular velocity sensor is placed in a stationary state (that is, Ω-0), and the data D1 corresponding to the signal ω output from the sensor section 1 is measured every predetermined sampling period Δ. Based on a plurality of n data obtained by this measurement [corresponding to ω1 in the above equations (3) and (4), the calculation unit 7 calculates the above equations (3) and (4) to obtain a constant KL and B are calculated, and these constants are applied in correction processing during actual measurement.

次に、この調整処理を完了して実際の計測を開始すると
(時点t。)、演算部はセンサ部本体1に発生する信号
ωに対応したデジタル値D1を所定のサンプリング期間
Δを毎に積分処理して角度の信号φを出力する。更に、
温度センサ8で測定された温度Tに対応するデータKS
 (T)とB(T)が各ルックアップテーブル1.0.
11から読み出す。演算部7はこれらのデータD1とに
5(T)とB (T)及び計測開始時点t。からの時間
経過tのデータを上記式(6)に代入することにより補
正処理を行い、真の角度Φを算出する。
Next, when this adjustment process is completed and actual measurement is started (time t), the calculation unit integrates the digital value D1 corresponding to the signal ω generated in the sensor body 1 every predetermined sampling period Δ. It processes and outputs an angle signal φ. Furthermore,
Data KS corresponding to temperature T measured by temperature sensor 8
(T) and B(T) are each lookup table 1.0.
Read from 11. The calculation unit 7 calculates these data D1, 5(T), B(T), and the measurement start time t. A correction process is performed by substituting the data of the time elapsed from t into the above equation (6), and the true angle Φ is calculated.

そして、計測を継続すると、その時点での計測データD
1とに、(T)とB (T)及び計測開始時点t。から
の経過時間tを上記式(6)へ代入することにより、補
正を行う。
Then, when the measurement is continued, the measurement data D at that point
1, (T) and B (T) and the measurement start time t. The correction is performed by substituting the elapsed time t from t to the above equation (6).

このように、この実施例によれば、角速度センサの出力
から、温度変動と時間経過に伴う固有の変動を除去する
こととなるので、これらの変動成分を除いた真の角速度
又は角度を得ることができる。又、実際の計測を開始す
る直前に調整処理を行うことで、時間経過に伴う固有の
変動の定数KLとBの変動傾向を求め、そして、調整処
理直後からの計測時にこれらの定数KLとBを適用する
ので、調整処理と実際の計測の時間的な連続性が保持さ
れて高精度の補正が可能となる。
In this way, according to this embodiment, temperature fluctuations and inherent fluctuations over time are removed from the output of the angular velocity sensor, so it is possible to obtain the true angular velocity or angle excluding these fluctuation components. I can do it. In addition, by performing the adjustment process immediately before starting the actual measurement, the fluctuation tendency of the constants KL and B due to the inherent fluctuation over time can be determined, and these constants KL and B can be calculated immediately after the adjustment process. Since this method is applied, the temporal continuity between the adjustment process and the actual measurement is maintained, making it possible to perform highly accurate correction.

次に、かかる補正機能を有する角速度センサとして振動
ジャイロを使用した装置の一具体例を第2図ないし第4
図と共に説明する。
Next, a specific example of a device using a vibrating gyroscope as an angular velocity sensor having such a correction function is shown in Figures 2 to 4.
This will be explained with figures.

これは、水道管やガス管や電気配管等の比較的小口径の
孔の曲がり等の形状を三次元的に測定する孔曲り測定装
置に関する。
This relates to a hole curvature measuring device that three-dimensionally measures the shape of the curvature of relatively small-diameter holes in water pipes, gas pipes, electrical pipes, and the like.

まず、第2図に基づいて装置の外観構造を説明する。第
2図において、12は完全密封された円筒状の筐体から
なる耐水圧容器(尚、説明の都合上、部分的に切り欠い
た状態で示す)であり、耐水圧容器12の内部には、仮
想中心線z−z’ の方向に沿って、肉厚な円筒状の軸
受取付台13がネジ(図示せず)等により一体固着され
ている。
First, the external structure of the device will be explained based on FIG. In FIG. 2, reference numeral 12 denotes a water pressure vessel (shown partially cut away for convenience of explanation) consisting of a completely sealed cylindrical casing. , a thick cylindrical bearing mounting base 13 is integrally fixed with screws (not shown) or the like along the direction of the virtual center line zz'.

軸受取付台13の中心の中空部14に、2個の軸受15
.16が相互に離間して嵌合され、回転軸17がこれら
の軸受15,16に回転自在に軸承されると共に、回転
軸17の一端がジャイロ取付台]8、他端が加速度計取
付台19に圧入又はネジ止め等により固定されている。
Two bearings 15 are installed in the hollow part 14 at the center of the bearing mounting base 13.
.. 16 are fitted apart from each other, and a rotating shaft 17 is rotatably supported by these bearings 15 and 16, and one end of the rotating shaft 17 is a gyro mount]8, and the other end is an accelerometer mount 19. It is fixed by press-fitting or screwing.

ジャイロ取付台18には、振動ジャイロのセンサ部1が
仮想中心線z−z’ に対して鉛直の方向(図中の仮想
線Y−Y’方向)を入力軸の方向として固定され、加速
度計取付台19には、加速度計20が仮想中心線z−z
’ の方向を入力軸の方向として固定されている。
The sensor unit 1 of the vibration gyro is fixed to the gyro mounting base 18 with the input axis direction perpendicular to the virtual center line zz' (the direction of the virtual line Y-Y' in the figure), and the accelerometer The accelerometer 20 is mounted on the mounting base 19 at the virtual center line z-z.
' direction is fixed as the input axis direction.

又、ジャイロ取付台18、振動ジャイロのセンサ部1、
加速度計20及び加速度計取付台19の全体の重心位置
は、回転軸17の仮想中心線2−Zoより下方にずらす
ことにより、振動ジャイロのセンサ部1及び加速度計2
0等が、回転軸17を支軸とする振り子を構成している
Also, a gyro mounting base 18, a vibration gyro sensor section 1,
By shifting the entire center of gravity of the accelerometer 20 and the accelerometer mount 19 downward from the virtual center line 2-Zo of the rotating shaft 17, the sensor unit 1 and the accelerometer 2 of the vibrating gyro are
0 etc. constitute a pendulum with the rotating shaft 17 as the supporting axis.

尚、軸受15,16の摩擦及び振り子の空気抵抗を極め
て小さく設定しであるので、上記振り子構造自信の機械
的な振動の減衰率は小さいが、第3図に示す磁気ダンパ
によって振り子構造の振動を減衰させるようになってい
る。
Incidentally, since the friction between the bearings 15 and 16 and the air resistance of the pendulum are set to be extremely small, the damping rate of the mechanical vibration of the pendulum structure itself is small, but the vibration of the pendulum structure is suppressed by the magnetic damper shown in FIG. It is designed to attenuate the

即ち、第3図において、軸受取付台13に設けられた環
状穴21に、環状の永久磁石22が固着され、永久磁石
22は、例えばその円周に沿って隣接するもの同士が相
互に異なる極を持つ複数個の磁石片で構成されている。
That is, in FIG. 3, an annular permanent magnet 22 is fixed in an annular hole 21 provided in a bearing mounting base 13, and the permanent magnets 22 have, for example, adjacent ones along the circumference having different polarities. It is made up of multiple magnetic pieces with a

又、純鉄等の磁性材で形成されたリターンパス形成部2
3が、永久磁石22と同様に、軸受取付台13の環状穴
21に挿入されて固着され、更に、永久磁石22とリタ
ーンパス形成部23との間に隙間Gが設けられている。
In addition, a return path forming part 2 made of a magnetic material such as pure iron
3 is inserted and fixed in the annular hole 21 of the bearing mounting base 13 in the same way as the permanent magnet 22, and a gap G is provided between the permanent magnet 22 and the return path forming part 23.

そして、銅やアルミニウム等の導体で形成されたカップ
状のダンパ24が加速度計取付台19と隙間Gの間に配
置され、ダンパ24の閉端25が加速度計取付台19に
ネジ26で固定されると共に、開口側の筒状部27が隙
間G内に挿入されている。
A cup-shaped damper 24 made of a conductor such as copper or aluminum is placed between the accelerometer mount 19 and the gap G, and the closed end 25 of the damper 24 is fixed to the accelerometer mount 19 with screws 26. At the same time, the cylindrical portion 27 on the opening side is inserted into the gap G.

このような構造の磁気ダンパにおいて、カップ状のダン
パ24が仮想中心軸z−z’ の回りに回転すると、永
久磁石22とリターンバス形成部23との間に発生する
磁場によってダンパ24の筒状部27に過電流が発生し
、筒状部27の回転運動を妨げようとする反力が発生す
る。このため、ダンパ24の運動が減衰する。
In the magnetic damper having such a structure, when the cup-shaped damper 24 rotates around the virtual central axis zz', the cylindrical shape of the damper 24 is An overcurrent is generated in the portion 27, and a reaction force is generated that attempts to prevent the rotational movement of the cylindrical portion 27. Therefore, the motion of the damper 24 is attenuated.

したがって、耐水圧容器12が仮想中心線22′を中心
に回転しても、上記の振り子作用と磁気ダンパの作用に
より、常に、振動ジャイロのセンサ部1は入力軸が仮想
線Y−Y’ の方向、加速度計20は入力軸が仮想中心
線z−z’ の方向を向くこととなる。
Therefore, even if the water pressure container 12 rotates around the imaginary center line 22', due to the pendulum action and the action of the magnetic damper, the sensor unit 1 of the vibrating gyroscope will always have its input axis aligned with the imaginary line Y-Y'. The input axis of the accelerometer 20 is oriented in the direction of the virtual center line zz'.

更に、耐水圧容器12内に振動ジャイロのセンサ部1と
加速度計20の出力信号を処理する処理回路が内蔵され
ている。即ち、振動ジャイロのセンサ部1は第1図に示
す回路構成の補正機能を有する処理回路28が接続し、
加速度計20は傾斜角の信号の高域周波数成分を除去す
るローパスフィルタ29と、ローパスフィルタ29の出
力信号をデジタルデータに変換するA/D変換器30が
接続し、そして、処理回路28とA/D変換器30から
夫々出力されるデジタルデータを受信する演算及び通信
回路31を備えている。
Furthermore, a processing circuit for processing the output signals of the sensor section 1 of the vibrating gyroscope and the accelerometer 20 is built into the water pressure container 12 . That is, the sensor section 1 of the vibrating gyroscope is connected to a processing circuit 28 having a correction function having a circuit configuration shown in FIG.
The accelerometer 20 is connected to a low-pass filter 29 that removes high-frequency components of the tilt angle signal, and an A/D converter 30 that converts the output signal of the low-pass filter 29 to digital data. It includes an arithmetic and communication circuit 31 that receives digital data output from the /D converters 30, respectively.

そして、耐水圧容器12のz−z’ 中心線に沿った一
端にケーブル32が連設している。又、演算及び通信回
路31の出力端子には、ケーブル32に沿って配線され
た伝送線が接続し、上記のデジタルデータを演算及び通
信回路31と伝送線を介して、伝送線の終端に接続され
た計測器本体に伝送するようになっている。
A cable 32 is connected to one end of the water pressure vessel 12 along the zz' center line. Further, a transmission line wired along the cable 32 is connected to the output terminal of the calculation and communication circuit 31, and the above-mentioned digital data is connected to the terminal end of the transmission line via the calculation and communication circuit 31 and the transmission line. The data is transmitted to the main body of the measuring instrument.

次に、このような構成の孔曲り測定装置による計測方法
を説明する。
Next, a measurement method using the hole bending measuring device having such a configuration will be explained.

第4図に示すように、まず、耐水圧容器12を先頭にし
て被測定孔の入口から深遠部に向けて押し込む。
As shown in FIG. 4, first, the water pressure container 12 is pushed in from the entrance of the hole to be measured toward the deep part.

この押し込みの際に搬入用のケーブル32に長手方向か
らの力が加わるが、ケーブル32はこの力に対抗する剛
性を有しているので、被測定孔に沿って耐水圧容器12
を深遠部へ挿入することができる。又、ケーブル32は
若干の可撓性を有するので孔の曲がりに応じて曲がりな
がら挿入される。
At the time of this pushing, force is applied to the cable 32 for carrying in from the longitudinal direction, but since the cable 32 has the rigidity to resist this force, the water pressure vessel 12 is moved along the hole to be measured.
can be inserted deep into the body. Further, since the cable 32 has some flexibility, it is inserted while being bent according to the bend of the hole.

そして、耐水圧容器12を被測定孔の最深還部等の適宜
の地点まで挿入し、耐水圧容器12を静止状態にして前
記の調整処理を行わせる。即ち、振動ジャイロのセンサ
部1の出力を補正処理するために必要な定数KLとBを
求めるための調整処理を行う。
Then, the water pressure container 12 is inserted to an appropriate point such as the deepest recirculation part of the hole to be measured, and the water pressure container 12 is kept in a stationary state to perform the above-mentioned adjustment process. That is, adjustment processing is performed to obtain constants KL and B necessary for correcting the output of the sensor section 1 of the vibration gyroscope.

続いて、所定の長さLずつケーブル32を引き出す毎に
、各地点での方位角及び傾斜角を計測し、且つ各地点の
三次元的位置を算出し、耐水圧容器12が被測定孔の入
口に到達するまで繰り返す。
Subsequently, each time the cable 32 is pulled out by a predetermined length L, the azimuth and inclination angle at each point are measured, the three-dimensional position of each point is calculated, and the water pressure vessel 12 is positioned in the hole to be measured. Repeat until you reach the entrance.

更に、計測装置本体に備えられているCRTデイスプレ
ィやX−Yプロッタ等に得られた結果を表示することに
より、第5図に示すように、孔全体の三次元的位置を表
示する。
Furthermore, by displaying the obtained results on a CRT display, an X-Y plotter, etc. provided in the main body of the measuring device, the three-dimensional position of the entire hole is displayed as shown in FIG.

このように、この具体例によれば、水道管やガス管等の
人間が直接入り込んで測定することのできないような小
口径の孔の形状であっても、簡単な操作で測定すること
ができる。
In this way, according to this specific example, even small-diameter holes in water pipes, gas pipes, etc. that cannot be measured by directly entering the hole can be measured with simple operations. .

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、振動ジャイロの出
力を真の角速度を示す成分の他に温度変動成分と時間経
過に伴って変動する成分が含まれると仮定して、これら
の変動成分を所定の演算処理によって実際の出力から除
去するように補正処理を行うので、真の角速度又は角度
を高い精度で測定することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the output of the vibrating gyroscope is assumed to include a temperature fluctuation component and a component that fluctuates over time in addition to a component indicating the true angular velocity. Since correction processing is performed to remove these fluctuation components from the actual output through predetermined arithmetic processing, the true angular velocity or angle can be measured with high accuracy.

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

第1図は本発明の一実施例の回路を示すブロック図、 第2図は本発明による補正回路を内蔵する振動ジャイロ
を適用した孔曲り測定装置の構造を示す斜視図、 第3図は第2図の一部を拡大して示す縦断面図、第4図
は孔曲り測定装置の計測方法を示す説明図、 第5図は孔曲り測定装置計測結果の表示例を示す説明図
である。 符号の説明; 1:角速度センサのセンサ部本体 2:積分器 3、三角波発生回路 4:比較器 5:カウンタ 5:D/A変換器 7・演算部 8:温度センサ 9:A/D変換器 10.11.ニルツクアップテープ 28:処理回路 特許出願人 株式会社トキメ・νり
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a hole bending measuring device to which a vibrating gyroscope incorporating a correction circuit according to the present invention is applied, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a measuring method of the hole bending measuring device, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of display of measurement results of the hole bending measuring device. Explanation of symbols; 1: Sensor section of angular velocity sensor Main body 2: Integrator 3, triangular wave generation circuit 4: Comparator 5: Counter 5: D/A converter 7/calculation section 8: Temperature sensor 9: A/D converter 10.11. Niltsukuup Tape 28: Processing circuit patent applicant Tokime・νri Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 角速度センサの出力に含まれる誤差温度変動成
分と時間経過に伴って変動する固有の変動成分を除去す
ることにより真の角速度又は角度を求める角速度センサ
の補正方法において、  前記角速度センサ内に温度センサを設け、予め数点の
代表的なスケールファクタと直流オフセットを計測し、
ルックアップテーブルを作成する第1過程と;  実際の計測時、角速度センサ内の温度を該温度センサ
で計測し、直流オフセット及びスケールファクタの温度
変更の成分を補正する第2過程と;を備えたことを特徴
とする角速度センサの補正方法。
(1) In an angular velocity sensor correction method for obtaining a true angular velocity or angle by removing an error temperature fluctuation component included in the output of the angular velocity sensor and a unique fluctuation component that fluctuates over time, the angular velocity sensor includes: We installed a temperature sensor and measured several typical scale factors and DC offsets in advance.
A first step of creating a lookup table; and a second step of measuring the temperature inside the angular velocity sensor with the temperature sensor during actual measurement and correcting the component of the temperature change of the DC offset and scale factor. A method for correcting an angular velocity sensor, characterized in that:
(2) 角速度センサの出力に含まれる誤差温度変動成
分と時間経過に伴って変動する固有の変動成分を除去す
ることにより真の角速度又は角度を求める角速度センサ
の補正方法において、  前記角速度センサを静止状態にして、所定の周期毎に
一定時間のあいだ該角速度センサの出力信号及び該温度
センサのデータをサンプリングし、各データについて前
項の温度変動に関する直流オフセットの誤差成分を除去
する第1過程と;  該温度変動補正したデータについて線形予測を行い、
温度依存性を有しない直流オフセット誤差成分を時間に
比例して変動する誤差成分を求め、計測時、該温度依存
性を有しない直流オフセット誤差成分と時間に比例して
変動する誤差成分を補正する第2過程と; を備えたことを特徴とする角速度センサの補正方法。
(2) In an angular velocity sensor correction method for determining the true angular velocity or angle by removing an error temperature fluctuation component included in the output of the angular velocity sensor and a unique fluctuation component that fluctuates over time, the angular velocity sensor is kept stationary. a first step of sampling the output signal of the angular velocity sensor and the data of the temperature sensor for a certain period of time every predetermined cycle, and removing the DC offset error component related to the temperature fluctuation from each data; Linear prediction is performed on the temperature fluctuation corrected data,
An error component that fluctuates in proportion to time is determined from the DC offset error component that does not have temperature dependence, and during measurement, corrects the DC offset error component that does not have temperature dependence and the error component that fluctuates in proportion to time. A method for correcting an angular velocity sensor, comprising: a second step;
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JP2007155583A (en) * 2005-12-07 2007-06-21 Tamagawa Seiki Co Ltd Method and device for measuring hole passage

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