JPH0648735B2 - 角速度センサ - Google Patents

角速度センサ

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JPH0648735B2
JPH0648735B2 JP63501871A JP50187188A JPH0648735B2 JP H0648735 B2 JPH0648735 B2 JP H0648735B2 JP 63501871 A JP63501871 A JP 63501871A JP 50187188 A JP50187188 A JP 50187188A JP H0648735 B2 JPH0648735 B2 JP H0648735B2
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seismic
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ランデイーン，マール・イー
シイウエル，ウエズレイ・シイ
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    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/66—Ring laser gyrometers
    • G01C19/661—Ring laser gyrometers details
    • G01C19/662—Ring laser gyrometers details signal readout; dither compensators
    • G01C19/664—Ring laser gyrometers details signal readout; dither compensators means for removing the dither signal

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はレーザ角速度センサに関するものであり、とく
に、そのようなセンサに固有のロツクインの効果を最小
にするために震動バイアスが用いられるセンサに関する
ものである。
発明の背景 リングレーザ角速度センサの動作は当業者により良く理
解されている。そのようなセンサには、互いに逆向きに
伝わるレーザビームが共通周波数に一緒に固定されよう
とする、ロツクインとして知られている現象が本質的に
ある。ロック現象のために性能の誤差が生じさせられ、
その誤差のために航行装置が悪影響を受ける。
ロツクインの効果を避け、または小さくするために、ジ
エー・イー・キルパトリツク（J.E.Killpatrick）の名
で出され、本発明の譲受人に譲渡され、参考のためにこ
の明細書に示す、米国特許第3,373,650 号に示され、か
つ記述されているような震動技術によりバイアスでき
る。通常震動と呼ばれるこのバイアス技術は、電気−光
学的なやり方および機械的なやり方を含む各種の方法で
実現できる。それらのバイアス技術は互いに逆向きに伝
わるレーザビームの挙動に直接に影響を及ぼすから、セ
ンサの読出し信号は速度情報信号を含むばかりでなく、
センサの震動（交番バイアス）に直接関連する信号成分
を含む。このことは、読出し装置がセンサに直接装着さ
れる（ブロツク装着）か、前記特許に示されているのと
同様にセンサから離れて装着される（ケース装着）かと
を問わず本当である。震動による読出し信号中の信号寄
与のことをここでは振動信号成分と呼ぶことにする。低
雑音航行装置に対しては、制御の問題を避けるために、
読出し信号中の震動信号成分を通常最小にするか、除去
せねばならない。
振動信号成分を除去するための従来の解決技術は、その
他の事柄のうちで、ノツチフイルタを含む。しかし、そ
れらのノツチフイルタは制御ループの安定性に影響を及
ぼすことがある利得と位相推移の乱れを生じさせる。望
ましい解決技術は、震動信号成分にほぼ等しい修正信号
を発生することにより震動信号成分を除去することであ
る。この後者のやり方は、リユン（Ljung）他に発行さ
れた米国特許第4,344,706 号に教示されている。リユン
は、震動回転の時計回り成分と逆時計回り成分を追従す
るトラツキング回路を使用することを示している。それ
らの震動成分は、センサの互いに逆向きに伝わるレーザ
ビームに応答する通常の読出し信号から差引かれ、それ
により修正された読出し出力信号を供給する。
別のやり方は、フエリス（Ferris）に発行された米国特
許第4,610,543 号に示されているような電子的震動補償
器である。それら２つの特許を参考のためにここに記し
た。それらの特許は、ジヤイロの読出しとアツプ／ダウ
ンカウント技術を示す。これは、震動に寄与するそれら
のカウントから差引くための機械化である。
後の２つの特許においては、読出し信号中の震動信号成
分を正確に複製したものである信号を得る能力を認識す
ることが極めて重要である。
発明の簡単な説明 本発明の目的は、センサの読出し中の震動信号寄与に良
く一致する位相特性と周波数特性を有する震動成分信号
が発生される、リングレーザ角速度センサ用の電子的震
動補償装置を得ることである。
本発明においては、震動させられるリングレーザ角速度
センサの出力信号と、センサの結果としての震動を表す
記号が独立に信号分析されて、それらの信号中に含まれ
ている周波数成分を得る。同じ周波数の周波数成分のデ
ータ対が、読出し中の震動周波数成分を表す補償信号す
なわち修正信号を得るようにして信号処理される。それ
から、その修正信号を読出し信号から差引いて、震動信
号成分をほとんど含まない修正された読出し信号を得
る。
図面の説明 第１図はセンサ読出しから震動信号成分を除去するため
に本発明を採用している角速度センサを示す概略ブロツ
ク図、 第２図は第１図のより詳しいブロツク図、 第３図は本発明に従つて修正信号プロセツサにより行わ
れるステツプを示し、 第４図は第２図の３センサ修正信号プロセツサのブロツ
ク図である。
発明の詳細な説明 まず、前記特許に示されているのに類似するリングレー
ザ角速度センサが示されている第１図を参照する。セン
サ１０は、ブロツク１２に取付けられた読出し機構１１
を含む。ブロツク１２は互いに逆向きに伝わるレーザビ
ーム７のための伝播路を提供する。読出し１１は互いに
逆向きに伝わるレーザビームの一部に応答して、信号
「Ｓ」として示されている１つの信号または複数の信号１
３を供給する。その信号Ｓは、後で詳しく述べるよう
に、ビームの間の周波数差を示す。センサ１０は、前記
したように震動すなわちバイアスを行う震動駆動信号１
４を含む。たとえば、前記特許に示されているように、
ブロツク１２は回転震動させられる。圧電装置が取付け
られている震動ばね（図示せず）を動作させてばねをた
わませ、ブロツク１２を回転振動させることができる。
更に、センサの実際の震動運動に直接関連する、信号
「Ｒ」として示されている出力信号を発生するための圧電
装置もそのばねに取付けることができる。その圧電出力
信号「Ｒ」は「震動ピツクオフ信号」と呼ばれることも
ある。ここではこの信号のことを震動基準信号と呼ぶ。
震動基準信号「Ｒ」は、センサブロツクの実際の震動に関
連する震動周波数における大きさと位相を有する。信号
「Ｒ」は回転角または回転速度とすることができるが、こ
こでは回転角度を示すものである。震動基準信号は、選
択した震動法（すなわち、光学的または機械的）に応じ
て各種の技術により得ることができる。
震動駆動を記述する基本特許が、キルパトリツクへ発行
された米国特許第3,373,650 号に示され、記述されてい
る。改良された震動ばねおよび駆動機械化が、リユン他
へ発行された米国特許第4,344,706号に示され、記載さ
れている。この後者の特許は震動基準信号を得るための
機械化も示す。更に、ジヨンソン(Jhonson)へ発行され
た米国特許第4,445,779号は、震動基準信号を得るため
の手段と震動駆動信号を示す。それらの各参考文献を参
考のためにここに含めた。
第１図に類似の図が、フアラデーセル等を含む電気−光
学的バイアス装置を説明するために適切であることに注
目すべきである。
読出し１１は、干渉縞パターンを発生させるために、互
いに逆向きに伝わる各レーザビームの一部を組合わせる
手段を含む。読出し１１は、少なくとも１つの光検出器
を通常含む。この光検出器は干渉縞パターンに応答し
て、検出器を通る縞パターンの強さを示す出力信号を発
生する。光検出器の出力信号は、検出器を通る縞の変化
の数をカウントするために処理される信号とすることが
できる。
周知のように、１つの光検出器の出力信号は、縞が動く
向き、すなわち、センサの回転方向を決定するためには
不十分である。したがつて、回転方向を示す信号を提供
するために別の手段が要求される。角速度情報と回転角
度情報を決定するためには、少なくとも１つの光検出器
信号と方向信号を用いるだけで十分である。第１図にお
いて、信号１３は、以後の信号処理によりセンサの回転
を指示および決定するために十分な任意の１つの信号ま
たは複数の信号である。
読出し１１は、シャーノフ（Shernoff）へ発行された米
国特許第4,536,087号に示され、かつ記述されているの
と同様にできる。読度し信号(Ｓ」は１本の信号線または
複数の信号線とすることができる。本発明の範囲内で、
信号「Ｓ」はアナログ信号またはデジタル信号とすること
ができ、または、所期の機能を果す別の手段とすること
ができる。米国特許第3,627,425 号は、別々の信号線上
にカウントすなわちパルスを発生するために２つの検出
器を用いることを示している。それらのパルスは可逆カ
ウンタによりカウントされる。後者の前記特許における
出力カウントは、震動信号成分はもちろん、慣性回転に
ついての情報を含む。最後にあげた特許は震動信号成分
の除去を行う回路も示す。もちろん、信号１３の所期の
機能を果すために各種の読出し１１の実現もある。両方
の技術の詳細が、フエリスの名で発行された米国特許第
4,610,543 号にとくに記述されている。参考のためにこ
の米国特許をここに含めた。
互いに逆向きに伝わるレーザビームの機械的または光学
的なバイアスすなわち震動は、光検出器を通る縞の変化
の数と速さに直接影響するから、読出し信号に直接影響
する。したがつて、観察される回転速度と回転角度は、
震動信号成分による震動により直接影響させられる。セ
ンサが前記した任意のやり方で振動させられるとする
と、信号１３は震動信号成分を含む。
第１図に示す本発明の装置は、震動信号寄与すなわち成
分をセンサ読出し信号「Ｓ」から除去し、震動による震動
信号成分をほとんど含まない補償されたセンサ出力信号
を得る開ループ装置を提供するものである。第１図に
は、信号線１６上に文字「Ｅ」により識別されている修正
信号をセンサ出力信号「Ｓ」から差引くための差手段100
が示されている。後で説明するように、差手段100の出
力は修正されたセンサ出力信号として定められ、信号線
１７上に信号「Ｂ」として示されている。信号Ｂは読出し
信号「Ｓ」と修正信号「Ｅ」の差を表すものであつて、それ
により、震動信号成分がほぼ除去されたセンサ出力信号
「Ｂ」を供給する。
以下の説明は、センサ出力信号Ｓと、震動基準信号Ｒ
と、修正信号Ｅと、修正されたセンサ出力信号Ｂとの数
学的関係を簡単に述べるものである。
読出し出力信号Ｓは次式により数学的に表される。
1) Ｓ＝Ｋsin(ωdt＋d＋ψ）＋∫ｆ(t)dt (1)式の右辺はセンサで測定すべき慣性運動を表す。等
号の右側の第１項は信号Ｓ中の、センサの震動運動によ
りひき起される震動信号成分を表す。この項は誤差項と
みなされる。第１図を参照して、信号Ｅをこの誤差項に
等しくできるものとすると、震動信号成分なしにセンサ
により検出すべき実際の動きに出力信号Ｂは等しい。
誤差信号成分Ｅは下式のように書換えることができる。
2) Ｅ＝Ｋsin(ωdt＋d＋ψ） ＝Ｋ［sin(ωdt＋d)cosψ ＋cos(ωdt＋d)sinψ］ ψの小さい値に対しては(2)式は次式のようになる。
3) Ｅ＝Ｋ［sin(ωdt＋d）＋ψcos(ωdt＋d）］ 正弦波状震動運動の場合には、誤差項は震動周波数ωd
の正弦関数である。位相角dはセンサへの実際の震動
入力の位相推移を表す。最後に、項ψは震動入力信号
と、読出し信号により得られたものとの間の位相差を表
す。
震動ピツクオフ信号Ｒは数学的に次式のように表すこと
ができる。
4) Ｒ＝Ａsin(ωdt＋d) (4)式を(3)式に代入して次式を得る。
5) Ｅ＝Ｋ{Ｒ/Ａ＋ψ[１−(Ｒ/Ａ)2]1/2 (5)式には２つの未知数がある。それらの未知数は誤差
項の増幅「Ｋ」と位相角ψである。Ｒの値は震動ピツクオ
フ信号の実際の測定値である。本発明においては、それ
ら後者の２つの未知項は、いま説明するようにして、読
出し信号Ｓと震動ピツクオフ信号Ｒの周波数特性から実
験的に得ることができる。
第１図を再び参照して、震動ピツクオフ信号Ｒは信号分
析器110へ加えられ、信号Ｓは信号分析器120へ加えられ
る。
信号分析器110と120はほぼ同じであるから、信号分析器
110だけを説明することにする。信号分析器の目的は、
入力信号を複数の周波数成分に分解することである。そ
れらの周波数成分の和は入力信号を表す。特定の周波数
に関連する各周波数成分は、周波数成分の振幅と、残り
の周波数成分に対するその周波数成分の位相とより成る
データ対を含む。
信号分析器はこの分野において周知であり、それらの分
析器についての簡単な説明が、バン・ノストランドの(V
an Nostrand′s)サイエンテイフイツク・エンサイクロ
ペデイア（Scientific Encyclopedia)、５版、２０６４
ページに示されている。この本を参考のために含めた。
信号分析器に含まれている技術は、とくに、1)フーリエ
変換、すなわち、フーリエ分析器、2)実時間スペクトラ
ム分析器、3)スペクトラム・ビユーワー、4)スペクトラ
ム分析器、5)波形分析器である。それらの分析器のいず
れか１つ等は、信号分析器として使用するのに本発明の
範囲である。
後で説明する本発明の好適な実施例はフーリエ分析器と
くに高速フーリエ変換分析器を用いる。フーリエ分析器
においては、正弦波または非正弦波の周期信号は、数学
的フーリエ級数方程式により予測される正弦波成分を有
する。フーリエ分析器はデジタルコンピュータにより入
力信号を処理して、信号を位相とする振幅の情報を持つ
周波数領域成分に変換する。下記の(6)式はフーリエ分
析器の出力結果を数学的に表すものである。
各周波数成分の振幅と位相は下記のように記述できる。
7) 振幅＝Ｍｎ＝［Ａn2＋Ｂn2］1/2 および 8) 位相＝ｎ＝arctan(An/Bn) 信号分析器１１０と１２０とはほぼ同じであるから、信
号分析器１２０だけを説明する。信号分析器１２０の詳
細が第２図に示されている。信号分析器１１０はほぼ同
じ機能を行うのでほぼ同じ部品を有する。信号分析器１
２０の部品には添字「ａ」をつけ、信号分析器１１０の
部品には添字「ｂ」をつける。信号分析器１２０は信号
標本化・格納手段１１１ａと、データ分析プロセッサ手
段１１２ａと、データ格納手段１１３ａと、データ選択
および転送制御手段１１４ａとで構成できる。プロセッ
サ手段１１２ａは、信号標本化・格納手段１１１ａに格
納されているデータを処理する。プロセッサ手段１１２
ａによる信号処理が終わった後で、データ格納手段１１
３ａは結果情報を、特定の周波数成分Ｆiにおいて振幅
Ｍiと位相値φiをそれから取り出すことができる情報を
含む情報のアレイとして格納する。
データ選択および転送制御手段により、データ格納手段
１１３ａからの特定データを、修正信号プロセッサ１３
０へ接続されている１本または複数の情報信号線１１５
ａ，１１５ｂへ供給できる。信号分析器１１０の出力信
号線は線１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃとして示されて
いる。
本発明の好適な実施例においては、データ選択および転
送制御手段１１４ｂは、震動ピックオフ信号Ｒの最大振
幅を有するデータ対を選択する。とくに、最大震動周波
数成分は周波数Ｆd ＊における対応する位相値φd ＊を有
するＭd ＊として識別される。後者の情報は信号線１１
６ａ，１１６ｂ，１１６ｃへそれぞれ加えられる。振幅
が最大となる周波数は信号線１１６ｃへ加えられる。信
号線１１６ｃは、信号分析器１２０のデータ選択および
転送制御信号手段１１４ａへの入力として提供される。
データ選択および転送制御手段１１４ａは動作して、周
波数Ｆd ＊に対応する出力信号Ｓの周波数成分を表すデ
ータ対の大きさと位相を表す信号を、信号線１１５ａ，
１１５ｂへ供給する。この信号データ対は、周波数Ｆd
＊において対応する位相値φs ＊を有する大きさＭs ＊を
有する。
したがって、修正信号プロセッサ１３０は、読み出し信
号分析器１２０および震動信号分析器１１０から下記の
入力を受ける。
Ｍs ＊およびφs ＊＠Ｆd ＊、および Ｍd ＊(max)およびφd ＊＠Ｆd ＊ 第２図は信号分析器からのいくつかの信号線を示すが、
直列入力情報を転送するために１本の線での接続を使用
できることを当業者を認識すべきである。一方、信号線
は並列データを転送するバスまたは複数の線を表すこと
もできる。
第１図を参照して、修正信号プロセッサ１３０は、連続
して変化する震動信号Ｒを表す信号線５０上の信号も受
ける。震動信号入力と、上記大きさおよび位相情報を受
けた修正信号プロセッサ１３０は、(５)式に示されてい
る動作を行うことができる。(５)式中のＫの値は、読み
出し信号Ｓ中にあふれた震動信号成分の大きさを表す。
Ｋの値は、震動ピックオフ信号Ｒから決定された震動信
号の振幅と、信号分析器１１０，１２０により決定され
た振幅値Ｍd ＊とＭs ＊の比の関数として決定できる。Ｋ
の値は次ぎのように数学的に記述できる。
９） Ｋ＝Ａ(Ｍs ＊／Ｍd ＊) ψの値は、下記のように信号分析器の値φs ＊とφd ＊の
差の関数として決定できる。
１０） ψ＝φs ＊−φd ＊ 式(４)と(５)における振幅Ａの値はRMS （自乗平均平方
根）法により決定できる。好適な実施例においては、次
に説明するように、震動信号標本を加え合わせることに
よりＡの値は決定される。しかし、RMS振幅Ａの値を得
るために、好適な実施例の技術以外に各種の技術があ
る。
必要な情報の全てを得たら、修正信号プロセツサ１３０
は(5)式の演算を行い、信号線１６上に誤差信号Ｅを生
ずる。それから、差手段100により信号Ｓから信号Ｅを
差引いて、震動成分が除去されている所期の出力信号Ｂ
を得る。
正しい時刻に信号Ｓから信号Ｅを差引くために、合成ス
トローブ160が用いられる。ストローブ160の目的は、信
号分析器110と120が信号Ｒ，Ｓの同じ時間領域データに
対して分析を確実に行うようにすることである。
先に述べたように、信号分析器110と120はアナログまた
はデジタルのいずれかにできる。好適な実施例において
は、信号分析器110，120はデジタル形である。更に、震
動ピツクオフ信号Ｒと読出し信号Ｓについて行われる信
号分析はフーリエ解析である。とくに、信号に対して高
速フーリエ変換解析が行われる。本発明の原理の好適な
実施例のより詳しい説明が第２図に示されている。
第２図は、アツプ／ダウンカウンタ200として示されて
いるパルス累算器へ初めに供給される信号Ｓを示す。先
に示したように、読出し信号Ｓは、アツプカウント信号
線201およびダウンカウント信号線202として示されてい
る一対の信号線へパルスすなわちカウントを供給する一
対の信号とすることができる。それら２本の信号線上の
各パルスは、一方または他方のセンサ回転方向における
角度回転の個々の量を表すから、それらのパルスは相互
に排他的である。カウンタ200は、信号線201上の各パル
スをカウントアツプし、信号線202上の各カウントをカ
ウントダウンする。カウンタ200の出力信号線203は信号
分析器120の標本化および格納手段111aと差手段100へ接
続される。したがつて、アツプ／ダウンカウンタ200の
出力は、デジタル信号分析に対する条件において常に連
続する。第２図に示すように、アツプ／ダウンカウンタ
200の出力端子203と他の任意の信号線に引かれている斜
線は、１本の信号線における直列データ出力、またはバ
スにおける並列データ出力を示す。
第２図に示されている震動ピツクオフ信号Ｒはアナログ
−デジタル変換器210と方向検出器211へ加えられる。Ａ
/Ｄ変換器210の出力は信号線５３を介して信号分析器11
0へ加えられ、かつ信号線５０を介して修正信号プロセ
ツサ130へ加えられる。信号標本化および格納手段111b
はＡ/Ｄ変換器210の出力の標本を多数格納することが好
ましい。各標本は同期ストローブの出力に同期させられ
る。同様に、信号標本化および格納手段111aは、格納手
段111bに格納される標本と正確に同時刻に、アツプ／ダ
ウンカウンタ200の標本を同じ数だけ格納する。正確に
同時刻に、先に説明したように、信号プロセツサ112a,1
12b は集められた信号に対して動作して高速フーリエ変
換を行う。高速フーリエ変換プロセツサの出力は、それ
の結果を、読出し信号Ｓと震動信号Ｒにそれぞれ対応し
て、データ格納手段113a，113bへ供給する。
先に説明したように、命令が与えられると、信号線115
a,115b,116a,116b 上の情報のデータ対が修正信号プロ
セツサ130へ供給される。信号プロセツサ130はコンピュ
ータ、マイクロプロセツサ、または後述するように所期
の信号処理を行う類似の装置とすることができる。とく
に、信号プロセツサ130は、全ての数学的ステツプを実
行した後で出力信号Ｅを信号線１６に供給するために、
ストローブ150の制御の下に、第３図に示されている数
学的ステツプ１〜６を実行する。
第３図を参照して、ステツプ１は、格納手段111bに格納
されているＡ/Ｄ変換器210の出力の標本化された値θdn
を適切に加え合わせ、自乗し、平均をとることにより、
震動振幅ＡのRMS値を決定する。格納手段からプロセツ
サ130へのデータ転送が信号線133により示されている。
データは全収集標本周期のためのMiの値である。
ステップ２は正弦波状震動関数の正規化された値であ
る。正弦値は、単に、RMS振幅値Ａ、すなわちステツプ
１の結果で除された変換器210の標本化された値θｎで
ある。
ステツプ３は(9)式に従つてＫの値を計算する。
ステツプ４は(10)式を基にしてψの値を計算する。
ステツプ５は、ステツプ２における正弦関数の偏角と同
じ正弦関数の偏角の余弦関数を計算する。これは、余弦
値の自乗が１マイナス正弦値の自乗に等しいような三角
関数を決定することによりまず行われる。余弦値の「符
号」は方向検出器211の方向指示器出力Ｑにより決定さ
れる。
ステツプ６は(5)式に従つて誤差信号Ｅの値を計算す
る。
修正信号Ｅは、ステツプ２と５で決定した正弦と余弦の
値の関数として常に変化する信号である。係数Ａと位相
値ψはダイナミツクデータ対である。すなわち、集めら
れた標本の各サイクルが終つて分析された後でのみ、Ａ
の値とψの値は周期的に変化する。データ標本の各収集
の後でＡの値とψの値を更新できる。
図示していないが、Ａの値とψの値は波された値であ
る。すなわち、Ａとψは、Ａとψの前の値を調べ、それ
ら前の値を非常に小さい係数に新しい更新された値を周
知のやり方で乗じたものだけ変化する、波された値と
することができる。
第１図と第２図は信号分析器110，120と修正信号プロセ
ツサ130を別々の素子として示しているが、それらの各
素子は１つのコンピユータまたはマイクロコンピユー
タ、マイクロプロセツサにまとめることができる。とく
に、別々のデータ分析プロセツサ112a，112bおよび修正
信号プロセツサ130として示されているが、それらの機
能は、当業者には周知のように、所期の関数を得るため
に、所定のプログラムに従つて１つのプロセツサにより
全て行うことができる。
第１図と第２図に示す装置はループ修正信号装置を示す
が、閉ループ修正装置を得るために差手段100の出力を
信号分析器120への入力に置き換えることは本発明の範
囲内である。その装置を利用したとすると、修正信号Ｅ
のための波された値が求められる。というのは、信号
分析器120が信号分析を行うために十分な信号を得るこ
とが非常に困難だからである。それは、分析すべき信号
は適切な修正信号Ｅを供給することにより除去すること
意図されているからである。しかし、ここで説明した閉
ループ制御装置は本発明の範囲内である。
第１図および第２図に示されている好適な実施例の説明
は第１次の修正装置を示す。もつと高次の修正手続きを
使用することも本発明の範囲内である。とくに、データ
選択および転送制御手段114は、最大振幅を有する周波
数成分を求めるよりも異なる基準を使用できる。たとえ
ば、選択基準は２つ、３つまたはそれ以上の特定の大き
さを調べ、読出し信号分析からデータ情報を得ることに
できる。その読出し信号分析を特定のアルゴリズムに組
合わせて所期の誤差修正読出しを得ることができる。
第４図は、慣性装置において一般に見られる３つのレー
ザを用いるコンピユータ化したリングレーザ震動装置を
示す、本発明の別の実施例の概略ブロツク図である。と
くに、第４図に示す実施例は、前記したようにして、各
センサごとに適切な制御および信号分析機能と修正信号
処理機能を行う中央処理装置(CPU)400を用いる。
第４図を参照して、センサ「Ｘ」からの震動ピツチオフ
Ｒがバツフア増幅器301xへ与えられる。このバツフア増
幅器の出力はサンプルおよびホールド回路303xへ与えら
れ、このサンプルおよびホールド回路の出力はマルチプ
レクサ310へ与えられる。同様に、Ｙセンサからの震動
ピツクオフ信号Ｒがバツフア増幅器301yとサンプルおよ
びホールド回路303yを介してマルチプレクサ310へ与え
られる。また、Ｚセンサからの震動ピツクオフ信号Ｒが
バツフア増幅器310zとサンプルおよびホールド回路303z
を介してマルチプレクサ310へ与えられる。
信号処理のための方向情報が３つの９０度位相器304x,
y,zをそれぞれ介してのバツフア増幅器301x,y,zからの
出力を用いることにより達成される。各クロスオーバ検
出器の出力が装置ストローブ410の制御の下に被制御ラ
ツチへ接続され、後でCPU400へ加えられる。
３つの各センサからのセンサ出力信号SX,SY,SZは３つの
アツプ／ダウンカウンタ200x,y,zへそれぞれ別々に加え
られる。各カウンタの出力は装置ストローブ410の制御
の下に被制御ラツチ323へ接続される。
中央処理装置へは、選択ラツチ321と、ラツチ323と、ア
ナログ−デジタル変換器325と、出力レジスタ327との間
に接続されているデータバス線が接続される。レジスタ
327の出力は個々のセンサＸ，Ｙ，Ｚに対する修正され
たセンサ情報である。中央処理装置400と、ラツチ回路3
21，323と、サンプルおよびホールド回路とは同期スト
ローブすなわち装置割込み410により全て制御される。
通信回路とCPUクロツク信号の間の送受信制御線等は、
図示を簡単にして本発明の理解を容易にするために、第
４図では省いた。
動作時には、中央処理装置400は３つのセンサのための
全ての修正信号計算を行う。ストローブ信号は、各スト
ローブパルスごとに、各サンプルおよびホールド回路に
それぞれのＲ信号入力を保持させる。それと同時に、ス
トローブはラツチ323にＳ出力を保持させ、かつストロ
ーブが起きたことをCPUへ知らせる。そうするとCPUはマ
ルチプレクサを制御して３つの各震動信号をＡ/Ｄ変換
器325を介して送り、それからデータをラツチ321に格納
する。CPUの制御の下に、標本はCPUの主メモリ433に集
められる。選択された数の標本が集められた後で、CPU
は各センサに対して修正された出力Ｅを決定するために
必要な計算を行う。実時間で、CPUは差手段100の機能も
行う。この差手段100は修正信号Ｅを標本信号Ｓから差
引き、結果を出力レジスタ327に置く。したがつて、出
力レジスタ327に格納される出力データは全く同じ標本
時間に対して修正された出力を含む。
以上、本発明をそれの好適な実施例について説明した
が、以後の請求の範囲において定められる本発明の要旨
内に含まれる別の実施例も存在することを理解すべきで
ある。とくに、組合わせて所期の各種の機能を実行する
ことができる広範囲のアナログ回路およびデジタル回路
が存在することを当業者は理解すべきである。
本発明において要求される信号分析を行うための好適な
技術として高速フーリエ交換を示したが、他の信号分析
器と他の信号分析変換の少なくとも１つは本発明の範囲
に含まれることを意図し、とくに高速フーリエ変換に限
定されるものではない。
更に、高速フーリエ交換を行うために標本数は、震動信
号の正しい周波数成分を生ずるために十分である。本発
明の実施においては、信号分析を行い、正しい修正信号
Ｅを生ずるためには1024個の標本で十分であることが見
出されている。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】震動させられる角速度センサにおいて、 閉ループ路に沿って互いに逆向きに伝わり、前記センサ
    の回転に関連する周波数をおのおの有する波を発生する
    手段と、 前記波の少なくとも一方の周波数を震動させる手段と、 前記震動に関連する震動基準信号を発生する手段と、 前記波に応答して、前記センサの回転を示す読出し信号
    にして、前記震動に基づく震動信号成分を含む読出し信
    号を、発生する読出し手段と、 前記震動基準信号に対して動作し、前記震動基準信号に
    ついての、振幅と位相とのデータ対で表される、周波数
    成分の情報記述を与える第１の信号分析手段と、 前記読出し信号に対して動作し、震動信号成分も含む前
    記読出し信号についての、振幅と位相とのデータ対で表
    される、周波数成分の情報記述を与える第２の信号分析
    手段とを備え、 前記震動基準信号についての周波数成分の情報記述と、
    前記読出し信号についての周波数成分の情報記述とに
    は、特定の共通周波数については、それぞれの周波数成
    分の情報記述が、含まれており、 さらに、(i) 前記震動基準信号についての周波数成分の
    情報記述、および、前記読出し信号についての周波数成
    分の情報記述と、(ii)前記震動基準信号とから、前記読
    出し信号に含まれる震動信号成分を表す修正信号を取り
    出す信号処理手段を備える 角速度センサ。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の角速度センサにお
    いて、前記読出し信号から前記修正信号を差し引き、そ
    の差を示す出力信号を与える手段を更に備える角速度セ
    ンサ。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項記載の角速度センサにお
    いて、前記第１および第２の信号分析手段は、前記震動
    基準信号のフーリエ周波数成分分析および前記読出し信
    号のフーリエ周波数成分分析をそれぞれ行うことができ
    る角速度センサ。
  4. 【請求項４】請求の範囲第１項記載の角速度センサにお
    いて、 前記第１の信号分析手段は、 選択された標本時刻に前記震動基準信号を標本化して震
    動基準信号標本を与える手段と、 複数の前記震動基準信号標本を格納する手段と、 前記複数の震動基準信号標本に作用して、前記震動基準
    信号の選択された周波数成分に対する大きさデータ情報
    および位相データ情報を与える手段と を含み、 前記第２の信号分析手段は、 前記選択された標本時刻に前記読出し信号を標本化して
    読出し信号標本を与える手段と、 複数の前記読出し信号標本を格納する手段と、 前記複数の読出し信号標本に作用して、前記読出し信号
    の選択された周波数成分に対する大きさデータ情報およ
    び位相データ情報を与える手段と を含んでいる、 角速度センサ。
  5. 【請求項５】請求の範囲第１項記載の角速度センサにお
    いて、 前記第１の信号分析手段は、 選択された標本時刻に前記震動基準信号を標本化して震
    動基準信号標本を与える手段と、 複数の前記震動基準信号標本を格納する手段と、 前記複数の震動基準信号標本に作用して、前記震動基準
    信号の選択された周波数成分に対する大きさデータおよ
    び位相データ対を与える手段と、 震動基準信号周波数成分についての前記データ対のう
    ち、その大きさが最大であるデータ対を与える第１の周
    波数における、第１のデータ対Ｍd ＊およびφd ＊を決定
    する手段と を含み、 前記第２の信号分析手段は、 前記選択された標本時刻に前記読出し信号を標本化して
    読出し信号標本を与える手段と、 複数の前記読出し信号標本を格納する手段と、 前記複数の震動読出し信号標本に作用して、前記読出し
    信号の選択された周波数成分に対する大きさデータおよ
    び位相データ対を与える手段と、 読出し信号周波数成分についてのデータ対から、前記第
    １の周波数の周波数成分に対応する第２のデータ対Ｍs
    ＊およびφs ＊を選択する手段と を含み、 前記信号処理手段は、前記第１のデータ対と前記第２の
    データ対に作用して前記修正信号を得るものである、 角速度センサ。
  6. 【請求項６】請求の範囲第１項記載の角速度センサにお
    いて、前記第１の信号分析手段と前記第２の信号分析手
    段とは、信号コンピューティング装置の部分を構成して
    いる、角速度センサ。
  7. 【請求項７】請求の範囲第５項記載の角速度センサにお
    いて、Ｎを選択される標本の数、θdnを震動基準信号標
    本として、前記修正信号Ｅが、 Ｅ＝Ｋ｛Ｒ/Ａ＋ψ[１−(Ｒ/Ａ)2]1/2｝ ここに、 で表される、 角速度センサ。
  8. 【請求項８】請求の範囲第５項記載の角速度センサにお
    いて、 Ｋ＝Ａ(Ｍs ＊／Ｍd ＊) Ｓ＝sin(ωd t＋φd) Ｃ＝cos(ωd t＋φd) Ａ＝平均震動基準信号の振幅 ψ＝２つの波に関連する位相角 φd＝震動入力と読み出し信号の間の位相角 ωd＝震動周波数 として、前記修正信号Ｅが、 Ｅ＝Ｋ(Ｓ＋ψＣ) で表される、 角速度センサ。
JP63501871A 1986-12-23 1987-12-14 角速度センサ Expired - Lifetime JPH0648735B2 (ja)

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US06/945,604 US4802766A (en) 1986-12-23 1986-12-23 Dither signal remover for a dithered ring laser angular rate sensor
PCT/US1987/003305 WO1988004767A2 (en) 1986-12-23 1987-12-14 Dither signal remover for a dithered ring laser angular rate sensor

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Publication Number Publication Date
JPH02501874A JPH02501874A (ja) 1990-06-21
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EP (1) EP0338023B1 (ja)
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CA (1) CA1269747A (ja)
DE (1) DE3769799D1 (ja)
WO (1) WO1988004767A2 (ja)

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EP0338023B1 (en) 1991-05-02
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DE3769799D1 (de) 1991-06-06
WO1988004767A2 (en) 1988-06-30
CA1269747A (en) 1990-05-29
US4802766A (en) 1989-02-07
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