JPH09287953A - 回転角速度センサ - Google Patents
回転角速度センサInfo
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- JPH09287953A JPH09287953A JP10264896A JP10264896A JPH09287953A JP H09287953 A JPH09287953 A JP H09287953A JP 10264896 A JP10264896 A JP 10264896A JP 10264896 A JP10264896 A JP 10264896A JP H09287953 A JPH09287953 A JP H09287953A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】センシング部で零点オフセットを修正できる回
転角速度センサを提供する。 【解決手段】物体の回転角速度を検出するセンシング部
２１と、センシング部２１からのジャイロ信号を処理し
て角速度を出力する信号処理部２２とを有する回転角速
度センサにおいて、角速度の零点オフセットの変化量が
最小検出感度以下となるときは、角速度測定値から求め
た零点オフセットを角速度測定値から減じ、変化量が最
小検出感度以上となるときは、最小検出感度以上となる
直前の零点オフセットを角速度測定値から減じて出力さ
せる手段を設けたものである。
転角速度センサを提供する。 【解決手段】物体の回転角速度を検出するセンシング部
２１と、センシング部２１からのジャイロ信号を処理し
て角速度を出力する信号処理部２２とを有する回転角速
度センサにおいて、角速度の零点オフセットの変化量が
最小検出感度以下となるときは、角速度測定値から求め
た零点オフセットを角速度測定値から減じ、変化量が最
小検出感度以上となるときは、最小検出感度以上となる
直前の零点オフセットを角速度測定値から減じて出力さ
せる手段を設けたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転角速度センサ
に係り、特に、その零点オフセットを除去した回転角速
度センサに関するものである。
に係り、特に、その零点オフセットを除去した回転角速
度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術においては、回転角速度セン
サから出力される回転角速度は、センシング部および信
号処理部の種々の原因によって発生する零点シフトが生
じる。前記回転角速度出力には、この零点シフトによっ
てオフセットが加算されることになる。
サから出力される回転角速度は、センシング部および信
号処理部の種々の原因によって発生する零点シフトが生
じる。前記回転角速度出力には、この零点シフトによっ
てオフセットが加算されることになる。
【０００３】したがって、前記回転角速度センサの出力
角速度を積分して回転角度を求めるシステムにおいて
は、前記零点オフセットが、時間と共に蓄積され誤差が
増大するので、前記零点オフセットを修正する機構が必
要となるという問題があった。また、前記零点オフセッ
トは、時間経過と共に変化するため零点オフセットを測
定し直さなければならないという問題があった。
角速度を積分して回転角度を求めるシステムにおいて
は、前記零点オフセットが、時間と共に蓄積され誤差が
増大するので、前記零点オフセットを修正する機構が必
要となるという問題があった。また、前記零点オフセッ
トは、時間経過と共に変化するため零点オフセットを測
定し直さなければならないという問題があった。
【０００４】上記零点オフセットを図４、５を参照し
て、詳しく説明する。
て、詳しく説明する。
【０００５】図４は、一般に用いられている光回転角速
度センサの構成図、図５は、図４の光回転角速度センサ
における零点オフセットの説明図である。
度センサの構成図、図５は、図４の光回転角速度センサ
における零点オフセットの説明図である。
【０００６】ここでは、代表的な位相変調型光回転角速
度センサを例にとり説明する。
度センサを例にとり説明する。
【０００７】図４において、１はレーザ光源、２ａ、２
ｂは光カプラ、３は偏光子、４は位相変調器、５はセン
シングループ、６は受光器、７はプリアンプである。
ｂは光カプラ、３は偏光子、４は位相変調器、５はセン
シングループ、６は受光器、７はプリアンプである。
【０００８】レーザ光源１からの光は、光カプラ２ａで
分岐される。分岐された光の一方は、偏光子３、光カプ
ラ２ｂを介して、センシングループ５に導かれる。
分岐される。分岐された光の一方は、偏光子３、光カプ
ラ２ｂを介して、センシングループ５に導かれる。
【０００９】前記センシングループ５に伝搬した左右両
回り光は、光カプラ２ｂで再び結合し、偏光子３、光カ
プラ２ａを介して受光器６に導かれる。前記センシング
ループ５が角速度Ωで回転すると、センシングループ５
内を伝搬している左右両回り光に位相差、いわゆるサグ
ナック効果が生じ、受光器６に達する光出力が変化す
る。この受光器６での検出信号がプリアンプを介して信
号処理回路１２に入力される。
回り光は、光カプラ２ｂで再び結合し、偏光子３、光カ
プラ２ａを介して受光器６に導かれる。前記センシング
ループ５が角速度Ωで回転すると、センシングループ５
内を伝搬している左右両回り光に位相差、いわゆるサグ
ナック効果が生じ、受光器６に達する光出力が変化す
る。この受光器６での検出信号がプリアンプを介して信
号処理回路１２に入力される。
【００１０】前記信号処理回路１２は、同期検波回路
８、Ａ／Ｄ変換器９、ＣＰＵ１０、発振器１１の各一台
から構成される。
８、Ａ／Ｄ変換器９、ＣＰＵ１０、発振器１１の各一台
から構成される。
【００１１】位相変調器４には、発振器１１から一定周
波数の正弦波ｆｍが加えられ、この周波数でセンシング
ループ５の左右両回り光が位相変調される。その結果、
受光器６から位相変調周波数成分および高調波成分が出
力される。各周波数成分は同期検波回路８で分離され、
Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換されたのち、ＣＰ
Ｕ１０で角速度Ωが演算される。
波数の正弦波ｆｍが加えられ、この周波数でセンシング
ループ５の左右両回り光が位相変調される。その結果、
受光器６から位相変調周波数成分および高調波成分が出
力される。各周波数成分は同期検波回路８で分離され、
Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換されたのち、ＣＰ
Ｕ１０で角速度Ωが演算される。
【００１２】ところで、同期検波回路８で分離された各
周波数成分は、位相変調周波数成分をＳ１、２倍位相変
調周波数成分をＳ２、４倍位相変調周波数成分をＳ４と
すると、 Ｓ１＝Ｐo ・Ｊ１（ｍ）・ｓｉｎΔθ Ｓ２＝Ｐo ・Ｊ２（ｍ）・ｃｏｓΔθ Ｓ４＝Ｐo ・Ｊ４（ｍ）・ｃｏｓΔθ ここで、Ｐo はパワー、Ｊはベツセル関数、ｍは変調度
である。
周波数成分は、位相変調周波数成分をＳ１、２倍位相変
調周波数成分をＳ２、４倍位相変調周波数成分をＳ４と
すると、 Ｓ１＝Ｐo ・Ｊ１（ｍ）・ｓｉｎΔθ Ｓ２＝Ｐo ・Ｊ２（ｍ）・ｃｏｓΔθ Ｓ４＝Ｐo ・Ｊ４（ｍ）・ｃｏｓΔθ ここで、Ｐo はパワー、Ｊはベツセル関数、ｍは変調度
である。
【００１３】一方、角速度Ωは、位相差Δθを用いて、
Ω＝１／ａ・Δθで求められるから下記の式（９）で表
される。
Ω＝１／ａ・Δθで求められるから下記の式（９）で表
される。
【００１４】
【数９】
【００１５】また、光学系および信号処理回路の種々の
原因によって発生する零点オフセットをθ0 とすると、
Ω′＝１／ａ・Δθ＋θ0 となる。
原因によって発生する零点オフセットをθ0 とすると、
Ω′＝１／ａ・Δθ＋θ0 となる。
【００１６】上式からも判るように、入力角速度が零、
すなわちΔθ＝０のとき、回転角速度センサからは、零
点オフセットθ0 が出力する。
すなわちΔθ＝０のとき、回転角速度センサからは、零
点オフセットθ0 が出力する。
【００１７】図５を参照し、さらに、詳しく説明する。
【００１８】入力角速度が零であるとき、回転角速度セ
ンサの出力は零点オフセットとこれに重畳する高周波ノ
イズだけになる。ここで、前記ノイズの幅が最小検出感
度ととなる。
ンサの出力は零点オフセットとこれに重畳する高周波ノ
イズだけになる。ここで、前記ノイズの幅が最小検出感
度ととなる。
【００１９】したがって、入力角速度が変化しても小で
あるときは、前記ノイズに隠れ検出できず、回転角速度
センサの出力は、零点オフセットとこれに重畳する高周
波ノイズだけになり、誤差の原因となる。
あるときは、前記ノイズに隠れ検出できず、回転角速度
センサの出力は、零点オフセットとこれに重畳する高周
波ノイズだけになり、誤差の原因となる。
【００２０】このため、前記零点オフセットや前記ノイ
ズを測定し、これを修正する機構が必要となる。更に、
前記零点オフセットや前記ノイズが、時間経過と共に変
化するため、随時これらを測定し直さなければならな
い。
ズを測定し、これを修正する機構が必要となる。更に、
前記零点オフセットや前記ノイズが、時間経過と共に変
化するため、随時これらを測定し直さなければならな
い。
【００２１】従来の回転角速度センサにおける上記零点
オフセット修正方法としては、角速度入力の有無を検出
する別の手段からの信号に基づき、静止している間に得
られた角速度から新たな零点オフセット等を求め、前記
零点オフセット等を以後測定する角速度から減ずる方法
が知られている。
オフセット修正方法としては、角速度入力の有無を検出
する別の手段からの信号に基づき、静止している間に得
られた角速度から新たな零点オフセット等を求め、前記
零点オフセット等を以後測定する角速度から減ずる方法
が知られている。
【００２２】また、他の零点オフセット修正方法として
は、分岐した光を光フアイバコイルの両端から左右両回
り光として入射して干渉させ、干渉光強度を電気信号に
変換し、角速度を検出し、ローパスフィルタにより当該
角速度出力の直流レベルを算出し減算するようにしたも
のがある。
は、分岐した光を光フアイバコイルの両端から左右両回
り光として入射して干渉させ、干渉光強度を電気信号に
変換し、角速度を検出し、ローパスフィルタにより当該
角速度出力の直流レベルを算出し減算するようにしたも
のがある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の回転角速度
センサにおける零点オフセットの修正方法には次の問題
がある。
センサにおける零点オフセットの修正方法には次の問題
がある。
【００２４】前者においては、 （１）回転角速度の有無を検出する手段が別に必要で、
回転角速度センサ単体では零点オフセットの測定ができ
ない。
回転角速度センサ単体では零点オフセットの測定ができ
ない。
【００２５】（２）入力角速度を検出する別の手段の検
出精度によって、零点オフセットの測定精度が左右され
る。
出精度によって、零点オフセットの測定精度が左右され
る。
【００２６】（３）回転角速度の有無を検出する別手段
からの指令により零点オフセットの修正がなされるた
め、その追従性がわるく、データに不連続が発生してい
た。
からの指令により零点オフセットの修正がなされるた
め、その追従性がわるく、データに不連続が発生してい
た。
【００２７】後者においては、 （４）ローパスフィルタをアナログ回路で構成すると、
高価且つ複雑になるため、センサの故障原因となる。
高価且つ複雑になるため、センサの故障原因となる。
【００２８】（５）一定の角速度で回転している場合に
は、正確な零点オフセットの測定ができないため、角速
度の正確な測定ができなかった。
は、正確な零点オフセットの測定ができないため、角速
度の正確な測定ができなかった。
【００２９】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解消するためになされたものであり、如何なる回転状態
においても、簡単な構成で、センシング部で高精度且つ
追従性よく、零点オフセットが修正でき、データに不連
続がない、正確な角速度値を出力することができる回転
角速度センサを提供することにある。
解消するためになされたものであり、如何なる回転状態
においても、簡単な構成で、センシング部で高精度且つ
追従性よく、零点オフセットが修正でき、データに不連
続がない、正確な角速度値を出力することができる回転
角速度センサを提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の構成は、物体の回転角速度を検出するセンシ
ング部と、前記センシング部からのジャイロ信号を処理
して角速度を出力する信号処理部とを有する回転角速度
センサにおいて、前記角速度の零点オフセットからの変
化量が最小検出感度以下となるときは、当該角速度測定
値から求めた零点オフセットを角速度測定値から減じ、
前記変化量が最小検出感度以上となるときは、当該最小
検出感度以上となる直前の零点オフセットを角速度測定
値から減じて出力させる手段を設けたことを特徴とする
ものである。
に本発明の構成は、物体の回転角速度を検出するセンシ
ング部と、前記センシング部からのジャイロ信号を処理
して角速度を出力する信号処理部とを有する回転角速度
センサにおいて、前記角速度の零点オフセットからの変
化量が最小検出感度以下となるときは、当該角速度測定
値から求めた零点オフセットを角速度測定値から減じ、
前記変化量が最小検出感度以上となるときは、当該最小
検出感度以上となる直前の零点オフセットを角速度測定
値から減じて出力させる手段を設けたことを特徴とする
ものである。
【００３１】前項記載の回転角速度センサにおいて、前
記角速度の零点オフセットからの変化量が最小検出感度
以下と最小検出感度以上のときに切り替えて用いられる
ソフトウエアローパスフィルタを設け、前記最小検出感
度以下のときは、当該ソフトウエアローパスフィルタに
よって前記角速度測定値の低域周波数成分のみ通過する
ように濾波し、前記濾波後のデータから零点オフセット
を求めることを特徴とするものである。
記角速度の零点オフセットからの変化量が最小検出感度
以下と最小検出感度以上のときに切り替えて用いられる
ソフトウエアローパスフィルタを設け、前記最小検出感
度以下のときは、当該ソフトウエアローパスフィルタに
よって前記角速度測定値の低域周波数成分のみ通過する
ように濾波し、前記濾波後のデータから零点オフセット
を求めることを特徴とするものである。
【００３２】上記構成の回転角速度センサをより詳しく
機能的に説明する。
機能的に説明する。
【００３３】回転角速度センサは、角速度零点から最小
検出感度以下の範囲では角速度の検出ができないため、
この時に測定された角速度データは、入力角速度成分が
含まれていない。したがって、零点オフセットを中心と
する変化量が最小検出感度以下となる角速度のみを測定
することによって、経時変化した零点オフセットが測定
することができる。更に、求められた零点オフセットを
角速度測定値から減じることによって、零点オフセット
が修正された角速度が出力可能となる。
検出感度以下の範囲では角速度の検出ができないため、
この時に測定された角速度データは、入力角速度成分が
含まれていない。したがって、零点オフセットを中心と
する変化量が最小検出感度以下となる角速度のみを測定
することによって、経時変化した零点オフセットが測定
することができる。更に、求められた零点オフセットを
角速度測定値から減じることによって、零点オフセット
が修正された角速度が出力可能となる。
【００３４】上記、零点オフセットを中心とする変化量
が最小検出感度以下となる角速度測定値データには高周
波数領域に誤差を多く含んでいるため、ローパスフィル
タによって低域周波数成分のみ通過処理させることによ
って、より高精度に零点オフセットが測定可能となる。
が最小検出感度以下となる角速度測定値データには高周
波数領域に誤差を多く含んでいるため、ローパスフィル
タによって低域周波数成分のみ通過処理させることによ
って、より高精度に零点オフセットが測定可能となる。
【００３５】ところで、前記ローパスフィルタをアナロ
グ回路で実現させると、回路規模が大きくなって高価と
なり、回路が複雑になるため故障の原因となる。このた
め、時間領域でデータを処理するソフトウエア数値フィ
ルタを用いることにより、容易にローパスフィルタを実
現することが可能としたものである。
グ回路で実現させると、回路規模が大きくなって高価と
なり、回路が複雑になるため故障の原因となる。このた
め、時間領域でデータを処理するソフトウエア数値フィ
ルタを用いることにより、容易にローパスフィルタを実
現することが可能としたものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明に係る回転角速度センサを
図１ないし図４を参照して説明する。
図１ないし図４を参照して説明する。
【００３７】図１は、本発明の一実施の形態に係る回転
角速度センサのブロック図、図２は、図１の回転角速度
センサの機能フローチャート図、図３は、図１の回転角
速度センサにおける零点ドリフトの修正説明線図であ
る。
角速度センサのブロック図、図２は、図１の回転角速度
センサの機能フローチャート図、図３は、図１の回転角
速度センサにおける零点ドリフトの修正説明線図であ
る。
【００３８】図１において、２１は、回転角速度を検出
してジャイロ信号を出力するセンシング部である。２２
は、センシング部２１からのジャイロ信号を処理して角
速度を測定し出力する信号処理部である。２３は、信号
処理部２２から出力される零点オフセットを中心とする
変化量が最小検出感度以下の角速度データをソフトウエ
アローパスフィルタによって低域部が通過するように濾
波処理し、濾波後に得られたデータから新たな零点オフ
セットを求め、前記零点オフセットを前記信号処理部２
２からの角速度出力から減じて出力するＣＰＵである。
してジャイロ信号を出力するセンシング部である。２２
は、センシング部２１からのジャイロ信号を処理して角
速度を測定し出力する信号処理部である。２３は、信号
処理部２２から出力される零点オフセットを中心とする
変化量が最小検出感度以下の角速度データをソフトウエ
アローパスフィルタによって低域部が通過するように濾
波処理し、濾波後に得られたデータから新たな零点オフ
セットを求め、前記零点オフセットを前記信号処理部２
２からの角速度出力から減じて出力するＣＰＵである。
【００３９】図２を参照し、図１の回転角速度センサの
機能、ＣＰＵ部３の処理機能について説明する。
機能、ＣＰＵ部３の処理機能について説明する。
【００４０】図２において、まず、最初に回転角速度セ
ンサのセンシング部２１がＯＮとなり、処理がＳＴＡＲ
Ｔする。
ンサのセンシング部２１がＯＮとなり、処理がＳＴＡＲ
Ｔする。
【００４１】ステップＡで、はじめに、初期化処理とし
て、システム起動時の角速度を多数サンプリングして測
定する。
て、システム起動時の角速度を多数サンプリングして測
定する。
【００４２】前記ステップＡで、サンプリングするデー
タ数ｎは、カットオフ周波数をｆcr〔Ｈｚ〕，サンプリ
ングインターバルをτｓ〔ｓｅｃ〕とすると、下記式
（１）で表される。
タ数ｎは、カットオフ周波数をｆcr〔Ｈｚ〕，サンプリ
ングインターバルをτｓ〔ｓｅｃ〕とすると、下記式
（１）で表される。
【００４３】ｎ＝１／ｆcr・τｓ……………（１） なお、カットオフ周波数ｆcr〔Ｈｚ〕は、実験によって
求めた値を使用する。次いで、ステップＢで初期零点オ
フセットを演算する。
求めた値を使用する。次いで、ステップＢで初期零点オ
フセットを演算する。
【００４４】次ぎに、ステップＣで、最小検出感度を演
算する。
算する。
【００４５】初期零点オフセットをΩoff とすれば、角
速度をΩi とすると、下記式（２）で表される。
速度をΩi とすると、下記式（２）で表される。
【００４６】
【数２】
【００４７】最小検出感度Ωmin の算出方法は、下記式
（３）で表される。
（３）で表される。
【００４８】
【数３】
【００４９】次に、ステップＤにおいて、通常の処理で
は、角速度を１点サンプリングする。
は、角速度を１点サンプリングする。
【００５０】次に、ステップＥで、ステップＤにて得た
１点サンプリングした角速度の零点オフセットを中心と
する変化量が、ステップＣで求めた最小検出感度以下で
あるか否かを判定する。
１点サンプリングした角速度の零点オフセットを中心と
する変化量が、ステップＣで求めた最小検出感度以下で
あるか否かを判定する。
【００５１】最小検出感度以下である場合は、ステップ
Ｆに進み、ソフトウエアローパスフィルタによって低域
部が通過するように濾過処理し、新たな零点オフセット
を求める。
Ｆに進み、ソフトウエアローパスフィルタによって低域
部が通過するように濾過処理し、新たな零点オフセット
を求める。
【００５２】次ぎに、ステップＧで、前記ステップＤに
て得た１点サンプリングの角速度から、前記ステップＦ
で求めた零点オフセットを減じて出力する。
て得た１点サンプリングの角速度から、前記ステップＦ
で求めた零点オフセットを減じて出力する。
【００５３】前記ステップＥでの判定が、最小検出感度
以上である場合には、前記ステップＤにて得た角速度か
ら前回で算出した零点オフセットを減じて出力する。
以上である場合には、前記ステップＤにて得た角速度か
ら前回で算出した零点オフセットを減じて出力する。
【００５４】前記ステップＦで行われるローパスフィル
タの処理方法は、 データ系列：Ωi （i ＝１，２…，ｎ，…＜∞）を仮定
し、さらに、時間軸ローパスフィルタの処理関数をΩ
off ＝ＬＰi （（Ω1 ，Ω2 ，…Ωi ），ｆｃｒ，τ
ｓ）と定義すると、 （１）算術移動平均を使用する場合、一般に、下記の式
（４）で表される。
タの処理方法は、 データ系列：Ωi （i ＝１，２…，ｎ，…＜∞）を仮定
し、さらに、時間軸ローパスフィルタの処理関数をΩ
off ＝ＬＰi （（Ω1 ，Ω2 ，…Ωi ），ｆｃｒ，τ
ｓ）と定義すると、 （１）算術移動平均を使用する場合、一般に、下記の式
（４）で表される。
【００５５】
【数４】
【００５６】上記式（４）において、ｊ＝１／ｆcr・τ
ｓである。
ｓである。
【００５７】（２）一次フィルタを使用する場合、一般
に、 ｐ＝２πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ……………………………（５） ｑ＝１−πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ…………………………（６） とすると、下記の式（７）で表される。
に、 ｐ＝２πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ……………………………（５） ｑ＝１−πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ…………………………（６） とすると、下記の式（７）で表される。
【００５８】
【数７】
【００５９】（３）二次フィルタを使用する場合、一般
に、 ｐ＝２−２π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ
＋π2 ｆcr2 ・τｓ2 ｑ＝４π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ＋π
2 ｆcr2 ・τｓ2 ここで、Ｄはダンピングファクタであり、通常０．６程
度である。
に、 ｐ＝２−２π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ
＋π2 ｆcr2 ・τｓ2 ｑ＝４π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ＋π
2 ｆcr2 ・τｓ2 ここで、Ｄはダンピングファクタであり、通常０．６程
度である。
【００６０】以上のように定めると、下記の式（８）で
表される。
表される。
【００６１】
【数８】
【００６２】ローパスフィルタを使用しない場合は、Ω
off ＝Ωi とする。
off ＝Ωi とする。
【００６３】図３を参照し、前記回転角速度センサにお
ける零点ドリフト修正を説明する。図３（ａ）は、一般
的な回転角速度センサにおける入力角速度信号を示す線
図、図３（ｂ）は、３（ａ）の入力角速度信号線図に零
点オフセットが加算された出力角速度信号を示す線図、
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の出力角速度信号線図より従
来技術による零点オフセット修正後の出力角速度信号線
図、図３（ｄ）は、図３（ｂ）の出力角速度信号線図よ
り本発明による零点オフセット修正後の出力角速度信号
線図である。
ける零点ドリフト修正を説明する。図３（ａ）は、一般
的な回転角速度センサにおける入力角速度信号を示す線
図、図３（ｂ）は、３（ａ）の入力角速度信号線図に零
点オフセットが加算された出力角速度信号を示す線図、
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の出力角速度信号線図より従
来技術による零点オフセット修正後の出力角速度信号線
図、図３（ｄ）は、図３（ｂ）の出力角速度信号線図よ
り本発明による零点オフセット修正後の出力角速度信号
線図である。
【００６４】図３（ｃ）と図３（ｄ）と比較すれば、明
らかな如く、図３（ｄ）では、零点オフセットは修正さ
れ、原信号に近い出力角速度信号が得られる。
らかな如く、図３（ｄ）では、零点オフセットは修正さ
れ、原信号に近い出力角速度信号が得られる。
【００６５】上記説明した如く、本発明においては、零
点オフセットの経時変化を測定し零点オフセットを補正
するものであるため、本システム起動時に初期零点オフ
セットを測定しなければならない。従って、システム起
動時は最小検出感度以上の角速度が入力されない状態で
なければならない。
点オフセットの経時変化を測定し零点オフセットを補正
するものであるため、本システム起動時に初期零点オフ
セットを測定しなければならない。従って、システム起
動時は最小検出感度以上の角速度が入力されない状態で
なければならない。
【００６６】本発明は、上記実施の形態では、システム
立ち上げ時に測定した角速度から最長検出感度を求めた
が、これに限定されるものでなく、予め実験によって求
めた値を定数として用いても差し支えない。
立ち上げ時に測定した角速度から最長検出感度を求めた
が、これに限定されるものでなく、予め実験によって求
めた値を定数として用いても差し支えない。
【００６７】上記実施の形態では、ＣＰＵ３を別置した
が、上記信号処理部２がＣＰＵを内蔵させ、このＣＰＵ
で上記処理を実施させても差し支えないことはいうまで
もない。
が、上記信号処理部２がＣＰＵを内蔵させ、このＣＰＵ
で上記処理を実施させても差し支えないことはいうまで
もない。
【００６８】また、上記実施の形態では、光ジャイロを
用いた場合について説明したが、機械式、光学式、振動
式など広い範囲の回転角速度センサに応用することがで
きる。
用いた場合について説明したが、機械式、光学式、振動
式など広い範囲の回転角速度センサに応用することがで
きる。
【００６９】
【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明の構
成によれば、下記の効果を奏する。
成によれば、下記の効果を奏する。
【００７０】（１）入力角速度の有無を検出する他の手
段からの信号を必要とせず、センサ単位で零点オフセッ
トを修正して角速度を出力することのできる回転角速度
センサを構成することができる。
段からの信号を必要とせず、センサ単位で零点オフセッ
トを修正して角速度を出力することのできる回転角速度
センサを構成することができる。
【００７１】（２）入力角速度の有無を検出する他の手
段の検出精度によらず、常に安定した精度で零点オフセ
ットが検出することができる。
段の検出精度によらず、常に安定した精度で零点オフセ
ットが検出することができる。
【００７２】（３）センサ部で回転角速度の有無を検出
し、零点オフセットの修正がなされるため、追従性がよ
く、データが連続していた。
し、零点オフセットの修正がなされるため、追従性がよ
く、データが連続していた。
【００７３】（４）ローパスフィルタを容易に実現し、
低価、且つ簡単な構成の回転角速度センサが得られる。
低価、且つ簡単な構成の回転角速度センサが得られる。
【００７４】（５）一定の角速度で回転している場合に
も、正確な角速度の測定ができる回転角速度センサが得
られる。
も、正確な角速度の測定ができる回転角速度センサが得
られる。
【図１】本発明の一実施の形態に係る回転角速度センサ
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】図１の回転角速度センサの動作を説明するフロ
ーチャート図である。
ーチャート図である。
【図３】図１の回転角速度センサにおける零点ドリフト
の修正説明線図である。
の修正説明線図である。
【図４】一般に用いられている光回転角速度センサの構
成図である。
成図である。
【図５】図４の光回転角速度センサにおける零点オフセ
ットの説明図である。
ットの説明図である。
１ レーザ光源 ２ａ、２ｂ 光カプラ ３ 偏光子 ４ 位相変調器 ５ センシングループ ６ 受光器 ７ プリアンプ ２１ ジャイロ信号を出力するセンシング部 ２２ ジャイロ信号より角速度を出力する信号処理部 ２３ ＣＰＵ
【手続補正書】
【提出日】平成８年５月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 回転角速度センサ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転角速度センサ
に係り、特に、その零点オフセットを除去した回転角速
度センサに関するものである。
に係り、特に、その零点オフセットを除去した回転角速
度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術においては、回転角速度セン
サから出力される回転角速度は、センシング部および信
号処理部の種々の原因によって発生する零点シフトが生
じる。前記回転角速度出力には、この零点シフトによっ
てオフセットが加算されることになる。
サから出力される回転角速度は、センシング部および信
号処理部の種々の原因によって発生する零点シフトが生
じる。前記回転角速度出力には、この零点シフトによっ
てオフセットが加算されることになる。
【０００３】したがって、前記回転角速度センサの出力
角速度を積分して回転角度を求めるシステムにおいて
は、前記零点オフセットが、時間と共に蓄積され誤差が
増大するので、前記零点オフセットを修正する機構が必
要となるという問題があった。また、前記零点オフセッ
トは、時間経過と共に変化するため零点オフセットを測
定し直さなければならないという問題があった。
角速度を積分して回転角度を求めるシステムにおいて
は、前記零点オフセットが、時間と共に蓄積され誤差が
増大するので、前記零点オフセットを修正する機構が必
要となるという問題があった。また、前記零点オフセッ
トは、時間経過と共に変化するため零点オフセットを測
定し直さなければならないという問題があった。
【０００４】上記零点オフセットを図４、５を参照し
て、詳しく説明する。
て、詳しく説明する。
【０００５】図４は、一般に用いられている光回転角速
度センサの構成図、図５は、図４の光回転角速度センサ
における零点オフセットの説明図である。
度センサの構成図、図５は、図４の光回転角速度センサ
における零点オフセットの説明図である。
【０００６】ここでは、代表的な位相変調型光回転角速
度センサを例にとり説明する。
度センサを例にとり説明する。
【０００７】図４において、１はレーザ光源、２ａ、２
ｂは光カプラ、３は偏光子、４は位相変調器、５はセン
シングループ、６は受光器、７はプリアンプである。
ｂは光カプラ、３は偏光子、４は位相変調器、５はセン
シングループ、６は受光器、７はプリアンプである。
【０００８】レーザ光源１からの光は、光カプラ２ａで
分岐される。分岐された光の一方は、偏光子３、光カプ
ラ２ｂを介して、センシングループ５に導かれる。
分岐される。分岐された光の一方は、偏光子３、光カプ
ラ２ｂを介して、センシングループ５に導かれる。
【０００９】前記センシングループ５に伝搬した左右両
回り光は、光カプラ２ｂで再び結合し、偏光子３、光カ
プラ２ａを介して受光器６に導かれる。前記センシング
ループ５が角速度Ωで回転すると、センシングループ５
内を伝搬している左右両回り光に位相差、いわゆるサグ
ナック効果が生じ、受光器６に達する光出力が変化す
る。この受光器６での検出信号がプリアンプを介して信
号処理回路１２に入力される。
回り光は、光カプラ２ｂで再び結合し、偏光子３、光カ
プラ２ａを介して受光器６に導かれる。前記センシング
ループ５が角速度Ωで回転すると、センシングループ５
内を伝搬している左右両回り光に位相差、いわゆるサグ
ナック効果が生じ、受光器６に達する光出力が変化す
る。この受光器６での検出信号がプリアンプを介して信
号処理回路１２に入力される。
【００１０】前記信号処理回路１２は、同期検波回路
８、Ａ／Ｄ変換器９、ＣＰＵ１０、発振器１１の各一台
から構成される。
８、Ａ／Ｄ変換器９、ＣＰＵ１０、発振器１１の各一台
から構成される。
【００１１】位相変調器４には、発振器１１から一定周
波数の正弦波ｆｍが加えられ、この周波数でセンシング
ループ５の左右両回り光が位相変調される。その結果、
受光器６から位相変調周波数成分および高調波成分が出
力される。各周波数成分は同期検波回路８で分離され、
Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換されたのち、ＣＰ
Ｕ１０で角速度Ωが演算される。
波数の正弦波ｆｍが加えられ、この周波数でセンシング
ループ５の左右両回り光が位相変調される。その結果、
受光器６から位相変調周波数成分および高調波成分が出
力される。各周波数成分は同期検波回路８で分離され、
Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換されたのち、ＣＰ
Ｕ１０で角速度Ωが演算される。
【００１２】ところで、同期検波回路８で分離された各
周波数成分は、位相変調周波数成分をＳ１、２倍位相変
調周波数成分をＳ２、４倍位相変調周波数成分をＳ４と
すると、 Ｓ１＝Ｐo ・Ｊ１（ｍ）・ｓｉｎΔθ Ｓ２＝Ｐo ・Ｊ２（ｍ）・ｃｏｓΔθ Ｓ４＝Ｐo ・Ｊ４（ｍ）・ｃｏｓΔθ ここで、Ｐo はパワー、Ｊはベツセル関数、ｍは変調度
である。
周波数成分は、位相変調周波数成分をＳ１、２倍位相変
調周波数成分をＳ２、４倍位相変調周波数成分をＳ４と
すると、 Ｓ１＝Ｐo ・Ｊ１（ｍ）・ｓｉｎΔθ Ｓ２＝Ｐo ・Ｊ２（ｍ）・ｃｏｓΔθ Ｓ４＝Ｐo ・Ｊ４（ｍ）・ｃｏｓΔθ ここで、Ｐo はパワー、Ｊはベツセル関数、ｍは変調度
である。
【００１３】一方、角速度Ωは、位相差Δθを用いて、
Ω＝１／ａ・Δθで求められるから下記の式（９）で表
される。
Ω＝１／ａ・Δθで求められるから下記の式（９）で表
される。
【００１４】
【数９】
【００１５】また、光学系および信号処理回路の種々の
原因によって発生する零点オフセットをθ0 とすると、
Ω′＝１／ａ・Δθ＋θ0 となる。
原因によって発生する零点オフセットをθ0 とすると、
Ω′＝１／ａ・Δθ＋θ0 となる。
【００１６】上式からも判るように、入力角速度が零、
すなわちΔθ＝０のとき、回転角速度センサからは、零
点オフセットθ0 が出力されるので、誤差が発生する。
すなわちΔθ＝０のとき、回転角速度センサからは、零
点オフセットθ0 が出力されるので、誤差が発生する。
【００１７】このため、前記零点オフセットを測定し、
これを修正する機構が必要となる。更に、前記零点オフ
セットが、時間経過と共に変化するため、随時これらを
測定し直さなければならない。
これを修正する機構が必要となる。更に、前記零点オフ
セットが、時間経過と共に変化するため、随時これらを
測定し直さなければならない。
【００１８】従来の回転角速度センサにおける上記零点
オフセット修正方法としては、角速度入力の有無を検出
する別の手段からの信号に基づき、静止している間に得
られた角速度から新たな零点オフセット等を求め、前記
零点オフセット等を以後測定する角速度から減ずる方法
が知られている。
オフセット修正方法としては、角速度入力の有無を検出
する別の手段からの信号に基づき、静止している間に得
られた角速度から新たな零点オフセット等を求め、前記
零点オフセット等を以後測定する角速度から減ずる方法
が知られている。
【００１９】また、他の零点オフセット修正方法として
は、分岐した光を光フアイバコイルの両端から左右両回
り光として入射して干渉させ、干渉光強度を電気信号に
変換し、角速度を検出し、ローパスフィルタにより当該
角速度出力の直流レベルを算出し減算するようにしたも
のがある。
は、分岐した光を光フアイバコイルの両端から左右両回
り光として入射して干渉させ、干渉光強度を電気信号に
変換し、角速度を検出し、ローパスフィルタにより当該
角速度出力の直流レベルを算出し減算するようにしたも
のがある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の回転角速度
センサにおける零点オフセットの修正方法には次の問題
がある。
センサにおける零点オフセットの修正方法には次の問題
がある。
【００２１】前者においては、 （１）回転角速度の有無を検出する手段が別に必要で、
回転角速度センサ単体では零点オフセットの測定ができ
ない。
回転角速度センサ単体では零点オフセットの測定ができ
ない。
【００２２】（２）入力角速度を検出する別の手段の検
出精度によって、零点オフセットの測定精度が左右され
る。
出精度によって、零点オフセットの測定精度が左右され
る。
【００２３】（３）回転角速度の有無を検出する別手段
からの指令により零点オフセットの修正がなされるた
め、その追従性がわるく、データに不連続が発生してい
た。
からの指令により零点オフセットの修正がなされるた
め、その追従性がわるく、データに不連続が発生してい
た。
【００２４】後者においては、 （４）ローパスフィルタをアナログ回路で構成すると、
高価且つ複雑になるため、センサの故障原因となる。
高価且つ複雑になるため、センサの故障原因となる。
【００２５】（５）一定の角速度で回転している場合に
は、正確な零点オフセットの測定ができないため、角速
度の正確な測定ができなかった。
は、正確な零点オフセットの測定ができないため、角速
度の正確な測定ができなかった。
【００２６】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解消するためになされたものであり、如何なる回転状態
においても、簡単な構成で、センシング部で高精度且つ
追従性よく、零点オフセットが修正でき、データに不連
続がない、正確な角速度値を出力することができる回転
角速度センサを提供することにある。
解消するためになされたものであり、如何なる回転状態
においても、簡単な構成で、センシング部で高精度且つ
追従性よく、零点オフセットが修正でき、データに不連
続がない、正確な角速度値を出力することができる回転
角速度センサを提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の構成は、物体の回転角速度を検出するセンシ
ング部と、前記センシング部からのジャイロ信号を処理
して角速度を出力する信号処理部とを有する回転角速度
センサにおいて、前記角速度の零点オフセットからの変
化量が最小検出感度以下となるときは、当該角速度測定
値から求めた零点オフセットを角速度測定値から減じ、
前記変化量が最小検出感度以上となるときは、当該最小
検出感度以上となる直前の零点オフセットを角速度測定
値から減じて出力させる手段を設けたことを特徴とする
ものである。
に本発明の構成は、物体の回転角速度を検出するセンシ
ング部と、前記センシング部からのジャイロ信号を処理
して角速度を出力する信号処理部とを有する回転角速度
センサにおいて、前記角速度の零点オフセットからの変
化量が最小検出感度以下となるときは、当該角速度測定
値から求めた零点オフセットを角速度測定値から減じ、
前記変化量が最小検出感度以上となるときは、当該最小
検出感度以上となる直前の零点オフセットを角速度測定
値から減じて出力させる手段を設けたことを特徴とする
ものである。
【００２８】前項記載の回転角速度センサにおいて、前
記角速度の零点オフセットからの変化量が最小検出感度
以下と最小検出感度以上のときに切り替えて用いられる
ソフトウエアローパスフィルタを設け、前記最小検出感
度以下のときは、当該ソフトウエアローパスフィルタに
よって前記角速度測定値の低域周波数成分のみ通過する
ように濾波し、前記濾波後のデータから零点オフセット
を求めることを特徴とするものである。
記角速度の零点オフセットからの変化量が最小検出感度
以下と最小検出感度以上のときに切り替えて用いられる
ソフトウエアローパスフィルタを設け、前記最小検出感
度以下のときは、当該ソフトウエアローパスフィルタに
よって前記角速度測定値の低域周波数成分のみ通過する
ように濾波し、前記濾波後のデータから零点オフセット
を求めることを特徴とするものである。
【００２９】上記構成の回転角速度センサを、図５を参
照し、より詳しく機能的に説明する。
照し、より詳しく機能的に説明する。
【００３０】入力角速度が零であるとき、回転角速度セ
ンサの出力は零点オフセットとこれに重畳する高周波ノ
イズだけになる。ここで、前記ノイズの幅が最小検出感
度ととなる。
ンサの出力は零点オフセットとこれに重畳する高周波ノ
イズだけになる。ここで、前記ノイズの幅が最小検出感
度ととなる。
【００３１】ノイズより小さい角速度を検出することは
できないので、回転角速度センサは、角速度零点から最
小検出感度以下の範囲では角速度の検出ができないた
め、この時に測定された角速度データは、入力角速度成
分が含まれていない。したがって、零点オフセットを中
心とする変化量が最小検出感度以下となる角速度のみを
測定することによって、経時変化した零点オフセットが
測定することができる。更に、求められた零点オフセッ
トを角速度測定値から減じることによって、零点オフセ
ットが修正された角速度が出力可能となる。
できないので、回転角速度センサは、角速度零点から最
小検出感度以下の範囲では角速度の検出ができないた
め、この時に測定された角速度データは、入力角速度成
分が含まれていない。したがって、零点オフセットを中
心とする変化量が最小検出感度以下となる角速度のみを
測定することによって、経時変化した零点オフセットが
測定することができる。更に、求められた零点オフセッ
トを角速度測定値から減じることによって、零点オフセ
ットが修正された角速度が出力可能となる。
【００３２】上記、零点オフセットを中心とする変化量
が最小検出感度以下となる角速度測定値データには高周
波数領域に誤差を多く含んでいるため、ローパスフィル
タによって低域周波数成分のみ通過処理させることによ
って、より高精度に零点オフセットが測定可能となる。
が最小検出感度以下となる角速度測定値データには高周
波数領域に誤差を多く含んでいるため、ローパスフィル
タによって低域周波数成分のみ通過処理させることによ
って、より高精度に零点オフセットが測定可能となる。
【００３３】ところで、前記ローパスフィルタをアナロ
グ回路で実現させると、回路規模が大きくなって高価と
なり、回路が複雑になるため故障の原因となる。このた
め、時間領域でデータを処理するソフトウエア数値フィ
ルタを用いることにより、容易にローパスフィルタを実
現することが可能としたものである。
グ回路で実現させると、回路規模が大きくなって高価と
なり、回路が複雑になるため故障の原因となる。このた
め、時間領域でデータを処理するソフトウエア数値フィ
ルタを用いることにより、容易にローパスフィルタを実
現することが可能としたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明に係る回転角速度センサを
図１ないし図４を参照して説明する。
図１ないし図４を参照して説明する。
【００３５】図１は、本発明の一実施の形態に係る回転
角速度センサのブロック図、図２は、図１の回転角速度
センサの機能フローチャート図、図３は、図１の回転角
速度センサにおける零点ドリフトの修正説明線図であ
る。
角速度センサのブロック図、図２は、図１の回転角速度
センサの機能フローチャート図、図３は、図１の回転角
速度センサにおける零点ドリフトの修正説明線図であ
る。
【００３６】図１において、２１は、回転角速度を検出
してジャイロ信号を出力するセンシング部である。２２
は、センシング部２１からのジャイロ信号を処理して角
速度を測定し出力する信号処理部である。２３は、信号
処理部２２から出力される零点オフセットを中心とする
変化量が最小検出感度以下の角速度データをソフトウエ
アローパスフィルタによって低域部が通過するように濾
波処理し、濾波後に得られたデータから新たな零点オフ
セットを求め、前記零点オフセットを前記信号処理部２
２からの角速度出力から減じて出力するＣＰＵである。
してジャイロ信号を出力するセンシング部である。２２
は、センシング部２１からのジャイロ信号を処理して角
速度を測定し出力する信号処理部である。２３は、信号
処理部２２から出力される零点オフセットを中心とする
変化量が最小検出感度以下の角速度データをソフトウエ
アローパスフィルタによって低域部が通過するように濾
波処理し、濾波後に得られたデータから新たな零点オフ
セットを求め、前記零点オフセットを前記信号処理部２
２からの角速度出力から減じて出力するＣＰＵである。
【００３７】図２を参照し、図１の回転角速度センサの
機能、ＣＰＵ部３の処理機能について説明する。
機能、ＣＰＵ部３の処理機能について説明する。
【００３８】図２において、まず、最初に回転角速度セ
ンサのセンシング部２１がＯＮとなり、処理がＳＴＡＲ
Ｔする。
ンサのセンシング部２１がＯＮとなり、処理がＳＴＡＲ
Ｔする。
【００３９】ステップＡで、はじめに、初期化処理とし
て、システム起動時の角速度を多数サンプリングして測
定する。
て、システム起動時の角速度を多数サンプリングして測
定する。
【００４０】前記ステップＡで、サンプリングするデー
タ数ｎは、カットオフ周波数をｆcr〔Ｈｚ〕，サンプリ
ングインターバルをτｓ〔ｓｅｃ〕とすると、下記式
（１）で表される。
タ数ｎは、カットオフ周波数をｆcr〔Ｈｚ〕，サンプリ
ングインターバルをτｓ〔ｓｅｃ〕とすると、下記式
（１）で表される。
【００４１】ｎ＝１／ｆcr・τｓ……………（１） なお、カットオフ周波数ｆcr〔Ｈｚ〕は、実験によって
求めた値を使用する。次いで、ステップＢで初期零点オ
フセットを演算する。
求めた値を使用する。次いで、ステップＢで初期零点オ
フセットを演算する。
【００４２】次ぎに、ステップＣで、最小検出感度を演
算する。
算する。
【００４３】初期零点オフセットをΩoff とすれば、角
速度をΩi とすると、下記式（２）で表される。
速度をΩi とすると、下記式（２）で表される。
【００４４】
【数２】
【００４５】最小検出感度Ωmin の算出方法は、下記式
（３）で表される。
（３）で表される。
【００４６】
【数３】
【００４７】次に、ステップＤにおいて、通常の処理で
は、角速度を１点サンプリングする。
は、角速度を１点サンプリングする。
【００４８】次に、ステップＥで、ステップＤにて得た
１点サンプリングした角速度の零点オフセットを中心と
する変化量が、ステップＣで求めた最小検出感度以下で
あるか否かを判定する。
１点サンプリングした角速度の零点オフセットを中心と
する変化量が、ステップＣで求めた最小検出感度以下で
あるか否かを判定する。
【００４９】最小検出感度以下である場合は、ステップ
Ｆに進み、ソフトウエアローパスフィルタによって低域
部が通過するように濾過処理し、新たな零点オフセット
を求める。
Ｆに進み、ソフトウエアローパスフィルタによって低域
部が通過するように濾過処理し、新たな零点オフセット
を求める。
【００５０】次ぎに、ステップＧで、前記ステップＤに
て得た１点サンプリングの角速度から、前記ステップＦ
で求めた零点オフセットを減じて出力する。
て得た１点サンプリングの角速度から、前記ステップＦ
で求めた零点オフセットを減じて出力する。
【００５１】前記ステップＥでの判定が、最小検出感度
以上である場合には、前記ステップＤにて得た角速度か
ら前回で算出した零点オフセットを減じて出力する。
以上である場合には、前記ステップＤにて得た角速度か
ら前回で算出した零点オフセットを減じて出力する。
【００５２】前記ステップＦで行われるローパスフィル
タの処理方法は、 データ系列：Ωi （i ＝１，２…，ｎ，…＜∞）を仮定
し、さらに、時間軸ローパスフィルタの処理関数をΩ
off ＝ＬＰi （（Ω1 ，Ω2 ，…Ωi ），ｆｃｒ，τ
ｓ）と定義すると、 （１）算術移動平均を使用する場合、一般に、下記の式
（４）で表される。
タの処理方法は、 データ系列：Ωi （i ＝１，２…，ｎ，…＜∞）を仮定
し、さらに、時間軸ローパスフィルタの処理関数をΩ
off ＝ＬＰi （（Ω1 ，Ω2 ，…Ωi ），ｆｃｒ，τ
ｓ）と定義すると、 （１）算術移動平均を使用する場合、一般に、下記の式
（４）で表される。
【００５３】
【数４】
【００５４】上記式（４）において、ｊ＝１／ｆcr・τ
ｓである。
ｓである。
【００５５】（２）一次フィルタを使用する場合、一般
に、 ｐ＝２πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ……………………………（５） ｑ＝１−πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ…………………………（６） とすると、下記の式（７）で表される。
に、 ｐ＝２πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ……………………………（５） ｑ＝１−πｆcr・τｓ／１＋πｆcr・τｓ…………………………（６） とすると、下記の式（７）で表される。
【００５６】
【数７】
【００５７】（３）二次フィルタを使用する場合、一般
に、 ｐ＝２−２π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ
＋π2 ｆcr2 ・τｓ2 ｑ＝４π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ＋π
2 ｆcr2 ・τｓ2 ここで、Ｄはダンピングファクタであり、通常０．６程
度である。
に、 ｐ＝２−２π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ
＋π2 ｆcr2 ・τｓ2 ｑ＝４π2 ｆcr2 ・τｓ2 ／１＋２πＤｆcr・τｓ＋π
2 ｆcr2 ・τｓ2 ここで、Ｄはダンピングファクタであり、通常０．６程
度である。
【００５８】以上のように定めると、下記の式（８）で
表される。
表される。
【００５９】
【数８】
【００６０】ローパスフィルタを使用しない場合は、Ω
off ＝Ωi とする。
off ＝Ωi とする。
【００６１】図３を参照し、前記回転角速度センサにお
ける零点ドリフト修正を説明する。図３（ａ）は、一般
的な回転角速度センサにおける入力角速度信号を示す線
図、図３（ｂ）は、３（ａ）の入力角速度信号線図に時
間と共に増大する零点オフセットが加算された出力角速
度信号を示す線図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の出力角
速度信号線図より従来技術による零点オフセット修正後
の出力角速度信号線図、図３（ｄ）は、図３（ｂ）の出
力角速度信号線図より本発明による零点オフセット修正
後の出力角速度信号線図である。
ける零点ドリフト修正を説明する。図３（ａ）は、一般
的な回転角速度センサにおける入力角速度信号を示す線
図、図３（ｂ）は、３（ａ）の入力角速度信号線図に時
間と共に増大する零点オフセットが加算された出力角速
度信号を示す線図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の出力角
速度信号線図より従来技術による零点オフセット修正後
の出力角速度信号線図、図３（ｄ）は、図３（ｂ）の出
力角速度信号線図より本発明による零点オフセット修正
後の出力角速度信号線図である。
【００６２】図３（ｃ）と図３（ｄ）と比較すれば、明
らかな如く、図３（ｄ）では、零点オフセットは修正さ
れ、原信号に近い出力角速度信号が得られる。
らかな如く、図３（ｄ）では、零点オフセットは修正さ
れ、原信号に近い出力角速度信号が得られる。
【００６３】上記説明した如く、本発明においては、零
点オフセットの経時変化を測定し零点オフセットを補正
するものであるため、本システム起動時に初期零点オフ
セットを測定しなければならない。従って、システム起
動時は最小検出感度以上の角速度が入力されない状態で
なければならない。
点オフセットの経時変化を測定し零点オフセットを補正
するものであるため、本システム起動時に初期零点オフ
セットを測定しなければならない。従って、システム起
動時は最小検出感度以上の角速度が入力されない状態で
なければならない。
【００６４】本発明は、上記実施の形態では、システム
立ち上げ時に測定した角速度から最長検出感度を求めた
が、これに限定されるものでなく、予め実験によって求
めた値を定数として用いても差し支えない。
立ち上げ時に測定した角速度から最長検出感度を求めた
が、これに限定されるものでなく、予め実験によって求
めた値を定数として用いても差し支えない。
【００６５】上記実施の形態では、ＣＰＵ３を別置した
が、上記信号処理部２がＣＰＵを内蔵させ、このＣＰＵ
で上記処理を実施させても差し支えないことはいうまで
もない。
が、上記信号処理部２がＣＰＵを内蔵させ、このＣＰＵ
で上記処理を実施させても差し支えないことはいうまで
もない。
【００６６】また、上記実施の形態では、光ジャイロを
用いた場合について説明したが、機械式、光学式、振動
式など広い範囲の回転角速度センサに応用することがで
きる。
用いた場合について説明したが、機械式、光学式、振動
式など広い範囲の回転角速度センサに応用することがで
きる。
【００６７】
【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明の構
成によれば、下記の効果を奏する。（１）入力角速度の
有無を検出する他の手段からの信号を必要とせず、セン
サ単位で零点オフセットを修正して角速度を出力するこ
とのできる回転角速度センサを構成することができる。
成によれば、下記の効果を奏する。（１）入力角速度の
有無を検出する他の手段からの信号を必要とせず、セン
サ単位で零点オフセットを修正して角速度を出力するこ
とのできる回転角速度センサを構成することができる。
【００６８】（２）入力角速度の有無を検出する他の手
段の検出精度によらず、常に安定した精度で零点オフセ
ットが検出することができる。
段の検出精度によらず、常に安定した精度で零点オフセ
ットが検出することができる。
【００６９】（３）センサ部で回転角速度の有無を検出
し、零点オフセットの修正がなされるため、追従性がよ
く、データが連続していた。
し、零点オフセットの修正がなされるため、追従性がよ
く、データが連続していた。
【００７０】（４）ローパスフィルタを容易に実現し、
低価、且つ簡単な構成の回転角速度センサが得られる。
低価、且つ簡単な構成の回転角速度センサが得られる。
【００７１】（５）一定の角速度で回転している場合に
も、正確な角速度の測定ができる回転角速度センサが得
られる。
も、正確な角速度の測定ができる回転角速度センサが得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る回転角速度センサ
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】図１の回転角速度センサの動作を説明するフロ
ーチャート図である。
ーチャート図である。
【図３】図１の回転角速度センサにおける零点ドリフト
の修正説明線図である。
の修正説明線図である。
【図４】一般に用いられている光回転角速度センサの構
成図である。
成図である。
【図５】図４の光回転角速度センサにおける零点オフセ
ットの説明図である。
ットの説明図である。
【符号の説明】 １ レーザ光源 ２ａ、２ｂ 光カプラ ３ 偏光子 ４ 位相変調器 ５ センシングループ ６ 受光器 ７ プリアンプ ２１ ジャイロ信号を出力するセンシング部 ２２ ジャイロ信号より角速度を出力する信号処理部 ２３ ＣＰＵ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
Claims (2)
- 【請求項１】物体の回転角速度を検出するセンシング部
と、前記センシング部からのジャイロ信号を処理して角
速度を出力する信号処理部とを有する回転角速度センサ
において、前記角速度の零点オフセットからの変化量が
最小検出感度以下となるときは、当該角速度測定値から
求めた零点オフセットを角速度測定値から減じ、前記変
化量が最小検出感度以上となるときは、当該最小検出感
度以上となる直前の零点オフセットを角速度測定値から
減じて出力させる手段を設けたことを特徴とする回転角
速度センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の回転角速度センサにおい
て、前記角速度零点オフセットからの変化量が、最小検
出感度以下と最小検出感度以上のときに切り替えて用い
られるソフトウエアローパスフィルタを設け、前記最小
検出感度以下のときは、当該ソフトウエアローパスフィ
ルタによって前記角速度測定値の低域周波数成分のみ通
過するように濾波し、前記濾波後のデータから零点オフ
セットを求めることを特徴とする回転角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10264896A JPH09287953A (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 回転角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10264896A JPH09287953A (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 回転角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09287953A true JPH09287953A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=14333070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10264896A Pending JPH09287953A (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 回転角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09287953A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102997933A (zh) * | 2011-09-14 | 2013-03-27 | 意法半导体(中国)投资有限公司 | 一种确定陀螺仪零偏误差的方法、装置及包括该装置的系统 |
| CN104197957A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 微陀螺测量系统及采用该系统测量零偏稳定性的方法 |
| CN106092140A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-09 | 成都希德电子信息技术有限公司 | 一种陀螺仪零偏估计方法 |
-
1996
- 1996-04-24 JP JP10264896A patent/JPH09287953A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102997933A (zh) * | 2011-09-14 | 2013-03-27 | 意法半导体(中国)投资有限公司 | 一种确定陀螺仪零偏误差的方法、装置及包括该装置的系统 |
| CN104197957A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 微陀螺测量系统及采用该系统测量零偏稳定性的方法 |
| CN106092140A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-09 | 成都希德电子信息技术有限公司 | 一种陀螺仪零偏估计方法 |
| CN106092140B (zh) * | 2016-06-24 | 2019-03-12 | 成都希德电子信息技术有限公司 | 一种陀螺仪零偏估计方法 |
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