JPS6067816A - Position measuring apparatus - Google Patents

Position measuring apparatus

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JPS6067816A
JPS6067816A JP58175925A JP17592583A JPS6067816A JP S6067816 A JPS6067816 A JP S6067816A JP 58175925 A JP58175925 A JP 58175925A JP 17592583 A JP17592583 A JP 17592583A JP S6067816 A JPS6067816 A JP S6067816A
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JP
Japan
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acceleration
sensor
displacement
position measuring
measurement
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Application number
JP58175925A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Kato
芳明 加藤
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Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/166Mechanical, construction or arrangement details of inertial navigation systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

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Abstract

PURPOSE:To measure and display positions and directions as results of arbitrary motions, by computing instantaneous displacement by integrating acceleration data. CONSTITUTION:A portable position measuring apparatus 1 is meant for confirmation of the existing position when a man takes a walk or he is on his hiking course or for knowledge of a distance covered by him and a direction in which he is oriented, and composed of acceleration sensor element, display unit 2 and computing circuit. The sensor is constructed by sensors X1 and X2 detecting acceleration in the direction X, sensor Y detecting acceleration in the direction Y, and sensor Z detecting acceleration in the direction Z. The computing circuit integrates the acceleration data detected by each sensor, computes instantaneous velocity and displacement and transmits the results to the display unit 2. The display unit 2, basing upon this transported data, displays the instantaneous velocity and displacement by numerals and figures.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は携帯用の位置測定装置に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a portable position measuring device.

人が、散歩、ハイキング、山歩き、地図による場所探し
、あるいは自動車でのドライブ中などにおいて現在地を
確認したいとか、動いた距離や現在向かっている方向を
知りたいとかいう当然の要求があるが、従来このような
希望を満たすための適当な測定機は存在しなかった。
People naturally want to check their current location when walking, hiking, hiking, looking for a place on a map, or while driving in a car, and they want to know the distance they have traveled and the direction they are currently heading. There was no suitable measuring device to meet such a desire.

本発明はこのような、任意に行動した結果としての位置
方向等の情報を知りたいという要求に応えることのでき
る位置測定装置を提供することを目的とする。以下に図
面をもって本発明の詳細な説明する。
An object of the present invention is to provide a position measuring device that can meet such demands for knowing information such as the position and direction as a result of arbitrary actions. The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の斜視図である。1は装置の
ケースであり、小型電卓のように服の胸ポケットに納ま
り歩行者と共に移動する。2は液晶表示装置であり1画
面に測定結果を表示する。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention. 1 is the case of the device, which fits in the chest pocket of clothes like a small calculator and moves with the pedestrian. 2 is a liquid crystal display device that displays measurement results on one screen.

3は測定開始時に押すスタートスイッチであり。3 is a start switch that is pressed when starting measurement.

測定中に押せば画面の切り換えが行われる。4は測定終
了時に押され1次の再スタートを可能にするスイッチで
あり、誤操作防止のため沈みボタンになっている。5は
方位を確認するため設けた磁針、6は参照用の地図を差
し込むスリットで、差し込まれた地図は液晶表示装置2
をとおして透視可能となる。7は装置の姿勢を検知する
ための水銀スイッチのような素子で、装置が甚だしく傾
いて正確な加速度成分が測定できなくなったとき。
If pressed during measurement, the screen will change. 4 is a switch that is pressed at the end of the measurement to enable the primary restart, and is a depressed button to prevent erroneous operation. 5 is a magnetic needle provided to confirm the direction, 6 is a slit into which a reference map is inserted, and the inserted map is displayed on the liquid crystal display device 2.
It is possible to see through it. 7 is an element like a mercury switch that detects the attitude of the device, when the device is tilted so much that accurate acceleration components cannot be measured.

ブザーから警告音を出して使用者に知らせるために設け
たものである。x、y、zは装置のケースに固定した座
標軸で、以下の動作説明のためのものである。XI、X
2およびYはそれぞれ加速度センサーであって、センサ
ーXI、X2ばともにX方向の加速度を感じるような方
向に、またセンサーYはX方向の加速度を感じるような
方向にケース1内に固定されでいる。またセンサーX1
とX2は、装置の2軸まわりの回転を検出するため所定
の距離だけ離して置かれている。
The buzzer is designed to emit a warning sound to notify the user. x, y, and z are coordinate axes fixed to the case of the device, and are used to explain the operation below. XI,X
2 and Y are acceleration sensors, and both sensors XI and X2 are fixed in the case 1 in a direction such that acceleration is felt in the X direction, and sensor Y is fixed in a direction such that acceleration is felt in the X direction. . Also sensor X1
and X2 are placed a predetermined distance apart to detect rotation of the device around two axes.

第2図は液晶表示装置2の画面を例示したもので、同図
(a)はスタートか−らの経過時間、移動の平均速度、
移動した距離、出発点を原点として大地に固定した座標
に対し移動によって変位した距離の成分等を数字表示し
ている状態を示し、同図(b)は出発点から現在地に至
る航跡の水平成分を一定の縮尺で図示したもので、同じ
縮尺の地図と重ねて透視することにより直ちに到達地点
を知ることができる。表示(a)と表示(b)とは切り
換えスイッチ3により転換する。画表示は1層のドソト
マI−リクス液晶表示装置によるか、数字・文字セグメ
ント表示層とドントマトリクス眉より成る複層の液晶表
示装置を用いて表示される。
Fig. 2 shows an example of the screen of the liquid crystal display device 2, and Fig. 2(a) shows the elapsed time from the start, the average speed of movement,
The distance traveled and the component of the distance displaced by the movement relative to the coordinates fixed on the ground with the starting point as the origin are displayed numerically. Figure (b) shows the horizontal component of the wake from the starting point to the current location. It is a map shown at a certain scale, and by superimposing it on a map of the same scale and looking through it, you can immediately know where you have reached. Display (a) and display (b) are switched by a changeover switch 3. The image is displayed either by a single-layer dosotomatrix liquid crystal display or by a multi-layer liquid crystal display consisting of a numeric/character segment display layer and a donmatrix display layer.

第3図は本発明に用いる加速度センサー用容量素子の構
造を示す分解斜?M図である。20はガラス、セラミッ
ク、プリント板、シリコン、金属等より成る基板、21
はその表面に設けられた導電性の薄膜より成る固定電極
(基板が導電性であるときは不要)、22はその引出し
線のパターン。
FIG. 3 is an exploded oblique view showing the structure of a capacitive element for an acceleration sensor used in the present invention. This is a diagram M. 20 is a substrate made of glass, ceramic, printed board, silicon, metal, etc.; 21
22 is a fixed electrode made of a conductive thin film provided on its surface (not necessary when the substrate is conductive); and 22 is a pattern of its lead line.

19はスペーサー膜、14は金属の薄膜であり。19 is a spacer film, and 14 is a metal thin film.

窓15.16がエツチング加工により打ち抜かれており
、その結果としてバネ部17で支えられた可動極板18
が形成される。11は絶縁性の材質より成る素子の蓋で
あり、可動極板18の運動を妨げないような凹部を有す
る。13は導電性パターンで、金属板14に接触しその
引出し線となる。
Windows 15, 16 are punched out by etching, resulting in a movable plate 18 supported by a spring part 17.
is formed. Reference numeral 11 denotes a lid of the element made of an insulating material, and has a concave portion that does not hinder the movement of the movable electrode plate 18. 13 is a conductive pattern that contacts the metal plate 14 and serves as a lead line thereof.

上記の各部品は図示の方向のまま重ねあわせ接合される
ことによって(好ましくは内部を真空にすることによっ
て、可動極板の運動の空気抵抗がなくなるが、極板の好
ましくない振動を防止するためのダンピング要素として
適量の気体を封′入することがある 。)1個の容量素
子23が構成される。可動極板18はハネ部17で片持
ち支持され、スペーサ19の厚さに等しい間隔で固定極
板と対向している。本素子は金属薄H@14の面に垂直
な方向に加速度の感度方向がある。即ち素子23がその
担体(図示しない回路基板など)と共に上向きの加速度
運動をするときは両極板の中心が近寄って素子の容量は
増し、逆に下むきの加速度を持つときは両極板の中心が
離れて素子の容量は減する。尚加速度測定時、可動極板
18が振動すると好ましくないので、その固有振動数は
極力高く設定する。(少なくとも300Hz以上が好ま
しい。)この容量素子の製作には、集積面¥IpF製造
技術の応用である。薄膜形成技術と写真腐食技術を主と
するいわゆるマイクロテクニックを用いることが、素子
の小型化と固有振動数の上昇に有効である。
By stacking and joining each of the above parts in the direction shown (preferably by creating a vacuum inside), the air resistance of the movement of the movable electrode plate is eliminated, but in order to prevent undesirable vibration of the electrode plate, (A suitable amount of gas may be enclosed as a damping element.) One capacitive element 23 is constructed. The movable electrode plate 18 is cantilevered by the spring portion 17 and faces the fixed electrode plate at an interval equal to the thickness of the spacer 19. This element has an acceleration sensitivity direction in a direction perpendicular to the plane of the thin metal H@14. That is, when the element 23 moves with upward acceleration together with its carrier (such as a circuit board, not shown), the centers of the bipolar plates approach each other, increasing the capacitance of the element, and conversely, when the element 23 has downward acceleration, the centers of the bipolar plates move closer together. The capacitance of the element decreases as the distance increases. Incidentally, since it is undesirable if the movable electrode plate 18 vibrates during acceleration measurement, its natural frequency is set as high as possible. (Preferably, the frequency is at least 300 Hz or more.) This capacitive element is manufactured by applying the integrated surface IpF manufacturing technology. The use of so-called microtechniques, mainly thin film formation technology and photoetching technology, is effective in reducing the size of devices and increasing their natural frequencies.

第4図は加速度センサーとなる発振回路を示す。FIG. 4 shows an oscillation circuit that serves as an acceleration sensor.

Cは容量素子23と同一物である。Rは所定の時定数を
与えるための抵抗であり、これらはナンド回路31.イ
ンバータ32および33の帰還ループに組み込まれ発振
回路を構成し、Pは発振のON−〇FF制御のための端
子、Qは出力である。
C is the same as the capacitive element 23. R is a resistor for providing a predetermined time constant, and these resistors are connected to the NAND circuit 31. It is incorporated into the feedback loop of inverters 32 and 33 to constitute an oscillation circuit, P is a terminal for ON-FF control of oscillation, and Q is an output.

発振周波数はCの容量値により変化するが、この変化の
加速度に対してほぼ直線的とみなせる範囲を利用する。
Although the oscillation frequency changes depending on the capacitance value of C, a range that can be considered to be approximately linear with respect to the acceleration of this change is used.

第5図は1個の発振回路で複数の加速度センサーXi、
X2.Y、Zを駆動する回路の一例を示す。R1,R2
,R3,R4はそれぞれの容量素子に組み合わされた抵
抗素子、34は切り換え回路でシフト用入力端子35を
持っており、内部は本例のように4個の加速度センサー
素子に対応して4ビツトシフトレジスタによって制御さ
れるトランスミッションゲート回路群で構成され、一時
に一個の容量素子のみが発振回路に接続され、しかも端
子35に入力があるつど発振状態にある容量素子が所定
の順番で切り替わる。本実施例では各方向の加速度を順
次サンプリングするようにしたので、常時数個の発振回
路を動作させておく必要はなく2本図のようにすること
によって消費電流の点で経済的であるばかりでなく、温
度や電圧に対する発振周波数の変化或いは出力周波数の
加速度に対する非直線性等の補償もただ一つの発振回路
に対してだけ行えばよい利点を有する。
Figure 5 shows multiple acceleration sensors Xi using one oscillation circuit.
X2. An example of a circuit that drives Y and Z is shown. R1, R2
, R3, and R4 are resistive elements combined with their respective capacitive elements, and 34 is a switching circuit that has a shift input terminal 35. Internally, as in this example, there are 4 bits corresponding to the four acceleration sensor elements. It is composed of a group of transmission gate circuits controlled by a shift register, and only one capacitive element is connected to an oscillation circuit at a time, and each time there is an input to a terminal 35, the capacitive elements in an oscillating state are switched in a predetermined order. In this embodiment, the acceleration in each direction is sampled sequentially, so there is no need to keep several oscillation circuits operating all the time, and by using two circuits as shown in the figure, it is not only economical in terms of current consumption. Moreover, it has the advantage that compensation for changes in oscillation frequency with respect to temperature and voltage, non-linearity of output frequency with respect to acceleration, etc., need only be performed for one oscillation circuit.

第6図は本実施例の回路システムのブロックダイヤグラ
ムである。41は複数の加速度センサー発振回路、42
は加速度測定回路で、センサーの一つの発振周波数の、
静止状態との差をカウントする例えばブリセソトカウン
クと、カウント結果を蓄えるメモリーから主として成っ
ている。43はタイミング制御回路であって、測定セン
サーの選択や後述する演算の動作タイミングをコントロ
ールする。44ば第1図におけるスイッチ3,4に対応
する。装置をマニュアル制御するスイッチである。45
は加速度測定回路から測定データをもらって積分し、刻
々の速度、変位を計算し、またその結果を表示装置46
に対して出力する演算表示回路である。
FIG. 6 is a block diagram of the circuit system of this embodiment. 41 is a plurality of acceleration sensor oscillation circuits, 42
is the acceleration measurement circuit, and the oscillation frequency of one of the sensors is
It mainly consists of a counter that counts the difference from the rest state, and a memory that stores the count results. A timing control circuit 43 controls the selection of measurement sensors and the operation timing of calculations to be described later. 44 corresponds to switches 3 and 4 in FIG. This is a switch for manually controlling the device. 45
receives measurement data from the acceleration measurement circuit, integrates it, calculates momentary velocity and displacement, and displays the results on the display device 46.
This is an arithmetic display circuit that outputs data to

第7図は本装置において行われる加速度の演算方式を説
明する図である。N−8,E−Wは方位を示す。■は出
発点にある本装置で、出発時には方位磁針5を用いて装
置のy軸を正確に例えば北(N)に向けておくものとす
る。さて装置は点線(矢印)のうな任意の径路をたどり
、またその間角度θだけ傾いて1′の位置に来たものと
する。
FIG. 7 is a diagram illustrating the acceleration calculation method performed in this device. N-8, E-W indicate the direction. (2) is the device at the starting point, and at the time of departure, the y-axis of the device is accurately directed toward north (N), for example, using the magnetic compass 5. Now, suppose that the device follows an arbitrary path as indicated by the dotted line (arrow), and during that time it tilts by an angle θ and reaches the position 1'.

(尚装置は2軸を鉛直方向に保ったまま移動されるもの
とする。)この時X方向に感度を有するセンサーX1が
感している加速度をXI、y方向に感度を有するセンサ
ーYが感じている加速度をYとすると、装置に作用して
いる絶対加速度AX(W−E方向)、AY(S−N方向
)はそれぞれAX=Xlcosθ−Y sinθ (1
)AY=Xlsinθ+Ycose (2)また、角度
θの変化率(角速度)をΩとし、さらにその変化率(角
加速度)をΔΩとすると、比例定数をB (XI、X2
の感度および距%!Itによって定まる。)として。
(It is assumed that the device is moved while keeping the two axes in the vertical direction.) At this time, the acceleration felt by sensor X1 having sensitivity in the X direction is XI, and the acceleration felt by sensor Y having sensitivity in the y direction. If the acceleration acting on the device is Y, then the absolute accelerations AX (W-E direction) and AY (S-N direction) acting on the device are respectively AX=Xlcosθ−Y sinθ (1
AY =
Sensitivity and distance%! It is determined by It. ) as.

ΔΩ−B (XI−X2) (,3) となる。尚、鉛直方向(高さ方向)の絶対加速度は装置
があまり傾かないという前提のもとで、2方向に感度を
有するセンサーZの感じる加速度に等しい。
ΔΩ−B (XI−X2) (,3). Note that the absolute acceleration in the vertical direction (height direction) is equal to the acceleration felt by the sensor Z, which is sensitive in two directions, on the premise that the device does not tilt much.

あとはこれらの基礎式を用いて数値精分を刻々行い、速
度、変位の各成分をめてゆけばよい。
All that is left to do is to perform numerical refinement every moment using these basic formulas and calculate each component of velocity and displacement.

第8図は演算のためのフローチャートを示す。FIG. 8 shows a flowchart for the calculation.

同図(a)は各センサーの加速度測定のフローで。Figure (a) shows the flow of acceleration measurement for each sensor.

まずブロック50において、センサー素子X1を含む発
振回路 oscxi を起動する。(第4図における制
御端子33にゲートを開くための信号を与える。)次に
発振が過渡状態を脱するまで所定時間待つ。発振周波数
を測定し、 (周期測定でも基本的には同じことである
。)加速度に比例する周波数偏差のカウント値を、カウ
ンター回路によって測定しメモリーX1にストアする。
First, in block 50, the oscillation circuit oscxi including the sensor element X1 is activated. (A signal for opening the gate is given to the control terminal 33 in FIG. 4.) Next, wait a predetermined time until the oscillation exits the transient state. The oscillation frequency is measured (this is basically the same for period measurement), and the count value of frequency deviation proportional to acceleration is measured by a counter circuit and stored in memory X1.

っぎのブロック60においてはセンサーX2を含む 0
3CX2 に発振が切り換えられ同様な手順でデータが
メモリX2に蓄えられる。次のブロック7゜においては
 oscy とメモリーYについて。
The block 60 includes sensor X2 0
The oscillation is switched to 3CX2 and data is stored in the memory X2 in the same manner. In the next block 7°, we will talk about oscy and memory Y.

また更にブロック80においては oscz とメモリ
ーZについτ同じ作業が行われる。ブロック90におい
ては測定の1サイクルが所定時間に一致する様時間待ち
が行われる。更にブロック1゜Oにおいて測定終了スイ
ッチが押されたことが検出されない限り上述のサイクル
を繰り返す。
Furthermore, in block 80, the same operation is performed for oscz and memory Z. In block 90, a time wait is performed so that one cycle of measurement coincides with a predetermined time. Further, the above-described cycle is repeated unless it is detected that the measurement end switch is pressed in block 1°O.

ここで、センサーや測定系に要求される条件を定量的に
考察してみよう。歩行の際の加速度変化を検出して、十
分正確な変位が演算できるために必要な感度はおよそ0
・0IG(Gは重力加速度)あるいはそれ以上であるこ
とが望ましい。またサンプリングの間隔が長すぎると細
かい加速度変化を忠実に追えないから、測定サイクルは
0・1秒程度かそれ以下であることが望ましい。即ち1
個のセンサーに割り当てられる測定時間はやはり0・0
1秒のオーダーである。第3図に示したセンサー素子の
容量変化の感度はおよそIG当たり数パーセントであり
、従って発振周波数の変化率も同じである。いま、セン
サーの加速度の無い状態での発振周波数を仮にI M 
Hzとすると、そのセンサーに割当てられた測定時間例
えば0・01秒間における周波数のカウント値は100
00であり、センサーの感度をIGあたり2パーセント
とすると、0・01Gの加速度変化に対するカウントの
変化は 10000*0・02*0・01−2 となるから1発振周波数はI M H2程度以上あれば
かなり良い精度での測定が期待でき為。もちろん精度の
点をがまんして、あるいはセンサーの感度によっては、
もっと低い周波数(例えば100KHz以下)またはも
っと高い周波数(例えば10MHz以上)を用いること
ができる。またこのセンサーつき発振器の発振周一波数
を測定するかわりにその周期(分周したものも含む)を
別の基準周波数源で測定してもよい。ただしこの場合は
カウントの増減と加速度の大小との関係が前の場合とは
逆になる。また、前述のようなセンサー素子を抵抗と組
合せて充放電回路を構成し、加速度によって変化する充
電又は放電時間を別のクロック周波数で測定するような
センサーを構成してもよい。
Let's now quantitatively consider the conditions required for sensors and measurement systems. The sensitivity required to detect acceleration changes during walking and calculate sufficiently accurate displacement is approximately 0.
- Desirably 0IG (G is gravitational acceleration) or higher. Furthermore, if the sampling interval is too long, it will not be possible to faithfully track minute changes in acceleration, so it is desirable that the measurement cycle be about 0.1 seconds or less. That is, 1
The measurement time allocated to each sensor is still 0.0
It is on the order of 1 second. The sensitivity of the capacitance change of the sensor element shown in FIG. 3 is approximately a few percent per IG, and therefore the rate of change of the oscillation frequency is also the same. Now, let's assume that the oscillation frequency of the sensor without acceleration is I M
Hz, the frequency count value during the measurement time assigned to that sensor, for example 0.01 seconds, is 100.
00, and if the sensitivity of the sensor is 2% per IG, the change in count for an acceleration change of 0.01G will be 10000*0.02*0.01-2, so the oscillation frequency should be about I M H2 or more. You can expect measurements with very good accuracy. Of course, depending on the accuracy, or depending on the sensitivity of the sensor,
Lower frequencies (eg, below 100 KHz) or higher frequencies (eg, above 10 MHz) can be used. Furthermore, instead of measuring the oscillation frequency and wave number of this sensor-equipped oscillator, its period (including frequency division) may be measured using another reference frequency source. However, in this case, the relationship between the increase/decrease in count and the magnitude of acceleration is reversed from the previous case. Further, a charging/discharging circuit may be constructed by combining the sensor element as described above with a resistor, and a sensor may be constructed that measures charging or discharging time that changes depending on acceleration at a different clock frequency.

第8図(b)は、同図(a)のシステムで測定した加速
度データを用いて、速度、距離、及び角度を演算するフ
ローチャートを示す。ここで行う数値積分は、単に微少
要素を逐次加算することで行っている。測定開始のスタ
ートボタンが押されると、まずブロック110において
積分された数値の入るメモリーVX、VY、VZ、DX
、DY、DZ、Ω、θ、Lがクリヤーされる。 (各メ
モリーの名称はそれに格納される数値をもあられし。
FIG. 8(b) shows a flowchart for calculating speed, distance, and angle using the acceleration data measured by the system shown in FIG. 8(a). The numerical integration performed here is performed by simply adding minute elements one after another. When the start button to start measurement is pressed, first, in block 110, the memories VX, VY, VZ, DX containing the integrated values are
, DY, DZ, Ω, θ, and L are cleared. (The name of each memory also indicates the numerical value stored in it.

それぞれVXは出発点におけるX方向の絶対速度。In each case, VX is the absolute velocity in the X direction at the starting point.

vyは出発点におけるY方向の絶対速度、Zは2方向の
絶対速度、DXは出発点におけるX方向の絶対変位、D
Yは出発点におけるY方向の絶対変位、DZばZ方向の
絶対変位、Lは移動距離を意味する。
vy is the absolute velocity in the Y direction at the starting point, Z is the absolute velocity in two directions, DX is the absolute displacement in the X direction at the starting point, D
Y means the absolute displacement in the Y direction at the starting point, DZ means the absolute displacement in the Z direction, and L means the moving distance.

次にブロック120において。Next at block 120.

ΔΩ−B (XI−X2) (3) Ω−Ω+ΔΩ (4) θ=θ+EΩ 〈5) (イQLEは比例定数) を計算し、角変位がめられる。次にブロック130にお
いて。
Calculate ΔΩ−B (XI−X2) (3) Ω−Ω+ΔΩ (4) θ=θ+EΩ 〈5) (QLE is a constant of proportionality) and find the angular displacement. Next at block 130.

AX=X1cosθ−Y 5ino (6)BX=X]
 sinθ+Y cosθ (7)により、絶対加速度
を計算する。次にプロ・ツク140においては。
AX=X1cosθ−Y5ino (6)BX=X]
Absolute acceleration is calculated by sin θ+Y cos θ (7). Next, in Pro Tsuk 140.

VX=VX+AX (8) V Y −V Y + A Y (9)vz=vz+z
 (10) の各式により、絶対速度を計算する。つぎにプロ・2り
150においては。
VX=VX+AX (8) V Y −V Y + A Y (9) vz=vz+z
(10) Calculate the absolute speed using each formula. Next, in the Pro 2ri 150.

DX=DX+C*VX (11) DY−DY+C*VY (1,2) Dz=I)z+C*vz (13) L=L+C(VX2+VY2)’+ (14)VM=L
/T (15) (但しCは比例定数) の各式により、3方向の絶対変位、移動距離、平均速度
(VM)を計算する。百Tは出発からの経過時間で、T
やカウンタの基準には水晶発振器を用いる。これでa・
要な量はすべてめられた。
DX=DX+C*VX (11) DY-DY+C*VY (1,2) Dz=I)z+C*vz (13) L=L+C(VX2+VY2)'+ (14) VM=L
/T (15) (where C is a proportionality constant) The absolute displacement in three directions, the moving distance, and the average velocity (VM) are calculated using the following formulas. 100T is the elapsed time from departure, T
A crystal oscillator is used as the reference for the counter. Now a.
All the necessary quantities were given.

さてブロック160では、ユーザーが数字表示か地図表
示かのいずれを選択する操作をしたかを判断する。その
結果によりプロ・ツク170かブロック180かのいず
れかが選択され、前者であれば前記計算結果を数字で第
2図(a)のように表示し、後者であれば移動の径路を
第2図(b)のように所定の縮尺で図形表示する。プロ
・ツク190は演算・表示すイクルを所定の時間または
タイミングに合わせるための待ち時間を作り出すタイマ
ーで必要に応して設けられる。進行ループはブロック2
00で測定が終了したことが検出されなければブロック
120の直前に戻ってっぎのサイクルを繰り返す。
Now, in block 160, it is determined whether the user has performed an operation to select either numerical display or map display. Depending on the result, either the block 170 or the block 180 is selected; if the former, the calculation result is displayed numerically as shown in FIG. Graphically displayed at a predetermined scale as shown in Figure (b). The programmer 190 is a timer that creates a waiting time for adjusting the calculation/display cycle to a predetermined time or timing, and is provided as necessary. Progression loop is block 2
If the end of the measurement is not detected at 00, the process returns to immediately before block 120 and repeats the cycle.

以−1−フローチャートで概略を示した動作機能は。The operating functions outlined in the flowchart below are as follows.

少なくともその主要部を1チツプないし数チップのIC
にまとめられて禾装置内に電源電池、センサー素子2衷
示装置等と共に実装される事が好ましい。
At least the main part is an IC of one or several chips.
It is preferable that the sensor elements be assembled together and mounted together with a power supply battery, a sensor element 2 display device, etc. in a storage device.

次に本発明の他の実施例として、前述、の第一実施例の
変形例を述べる。例えば装置の外観は懐中時計状でもよ
いし、ヘルドに取りつける物でもよく、或いは携帯用の
ラジオ、テープレコーダー。
Next, as another embodiment of the present invention, a modification of the first embodiment described above will be described. For example, the device may have a pocket watch-like appearance, or it may be attached to a wristwatch, or it may be a portable radio or tape recorder.

カメラ等の機器の一部に組み込んでもよい。また表示装
置と本体とをヒンジでつないで、それらの間に地図を挟
むようにしてもよいし1表示装置の辺の部分に本体を配
置して表示装置を常時素透しとして地図と重ねられるよ
うにしてもよい。或いは小さな表示装置で数字を主とし
た表示を行うようにして装置をコンパクトにしてもよい
。次に。
It may be incorporated into a part of equipment such as a camera. Alternatively, the display device and the main body may be connected with a hinge, and the map may be sandwiched between them, or the main body may be placed on one side of the display device so that the display device is always transparent and overlapped with the map. It's okay. Alternatively, the device may be made more compact by displaying mainly numbers using a small display device. next.

加速度センサーの原理・形式はすでに種々なものが有り
2例えばアナログ量で出力するものもあって使用可能で
あるが演算のためD/A変換が必要なので装置の簡素化
・消費電力の点で前記実施例のように直接デジタル量が
出力されるものの方が望ましい。更に、サンプリング・
演算の方式であるが、各センサー素子を常時動作させて
おきその出力をサンプリングするか、前記実施例のよう
に時分割動作させるかは消費電力と測定精度との兼ね合
いによる。積分演算も実施例では単純な加算で行ったが
シンプソン法その他誤差を少なくする方式を用いてもよ
い。また前記実施例では装置が傾かないという前提のも
とに4個のセンサーで目的を達したが2重錘を応用した
センサーによって鉛直線に対する装置の(lJi斜方向
と傾斜角を知れば補正演算も可能であるし、さらに進ん
で6個のセンサー素子(前記実施例では素子XI、X2
によって2軸まわりの角加速度のみを検出したが、更に
X軸、y軸まわりの角加速度検出のため例えばZ素子と
平行でy方向に離れたX2素子、XI素子と平行で2方
向に離れたX3素子を追加する。
There are already various principles and types of acceleration sensors.2 For example, there are some that output in analog quantities and can be used, but since D/A conversion is required for calculation, the above-mentioned methods are difficult to simplify and reduce power consumption. It is preferable that a digital quantity be directly outputted as in the embodiment. Furthermore, sampling
Regarding the calculation method, whether each sensor element is constantly operated and its output is sampled, or whether it is time-divisionally operated as in the previous embodiment depends on the balance between power consumption and measurement accuracy. Although the integral calculation is performed by simple addition in the embodiment, the Simpson method or other methods for reducing errors may be used. In addition, in the above embodiment, the purpose was achieved with four sensors based on the premise that the device would not be tilted, but if the sensor using a double weight is used, it is possible to perform correction calculations by knowing the diagonal direction and inclination angle of the device with respect to the vertical line. It is also possible to go further and use six sensor elements (element XI, X2 in the above embodiment).
, only the angular acceleration around two axes was detected, but in order to further detect the angular acceleration around the X and y axes, for example, the X2 element parallel to the Z element and separated in the y direction, and the Add X3 elements.

)により3軸方向のすべての加速度と角加速度とを検出
し1演算はかなり複雑になるが装置の姿勢にかかわらず
絶対変位をめるようにしてもよい。
) may be used to detect all the accelerations and angular accelerations in the three axial directions, and calculate the absolute displacement regardless of the orientation of the device, although one calculation becomes quite complicated.

また上記例では直線加速度と角加速度をめる素子を一部
兼用したが、これらを分離してもよい。
Further, in the above example, some elements for measuring linear acceleration and angular acceleration are used, but these may be separated.

逆に装置の簡略化のため、たとえばil’liさ方向の
センサーを省略する事もありうる。また、スタート時点
で装置が静止していないと大きな債算誤差を生ずるので
、加速度がゼロであることを検出する回路を設け、スタ
ートスイッチが押された直後の所定短時間内の加速度が
ゼロでない場合伏1゛ブザー等で使用者に警告してやり
直さ・Uると、j;い。
On the other hand, in order to simplify the device, for example, the sensor in the opposite direction may be omitted. In addition, if the device is not stationary at the start, a large calculation error will occur, so a circuit is installed to detect that the acceleration is zero, and the acceleration is not zero within a predetermined short period of time immediately after the start switch is pressed. In this case, please warn the user with a buzzer etc. and try again.

以」二の説明から明らかな如く1本発明の位置測定装置
は特定方向の加速度成分の作用により出力周波数が変化
する性質を持つ複数の加速度センサーと、該センサーの
周波数または周期をカウンターによって測定して刻々の
加速度データを成分毎にカラン1−値として得る測定手
段と1表示装置と。
As is clear from the following explanation, the position measuring device of the present invention includes a plurality of acceleration sensors whose output frequency changes depending on the action of an acceleration component in a specific direction, and a counter that measures the frequency or period of the sensor. a measuring means for obtaining momentary acceleration data as a Curran 1-value for each component; and a display device.

前記得られた加速度データを積分して刻々の変位を演算
する演算手段と、少なくとも該変位を数字又は図形によ
って前記表示装置の画面上に表示する表示手段とから構
成されていることを特徴とするものであるので、使用者
が簡便に用いて容易に自己の位置や移動の径路を知ると
いう従来果たせなかったニーズに応える効果がある。
It is characterized by comprising a calculation means for calculating momentary displacement by integrating the obtained acceleration data, and a display means for displaying at least the displacement on the screen of the display device using numbers or figures. Because it is a device, it has the effect of meeting a need that could not be fulfilled in the past, such that a user can easily use it and easily know his or her own position and route of movement.

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

各図はいずれも本発明の一実施例に関するもので、第1
図はその一部透視図を含む斜視図、第2図(a)、(b
)の各図はその表示画面の正面図。 第3図は加速度センサー素子の分解斜視図、第4図およ
び第5図は加速度センサー回路図、第6図は回路システ
ムのブロックダイヤグラム、第7図は加速度演算方式の
説明図、第8図(a)および(b)は変位演算のフロー
チャートである。 1・・・装置のケース、2・・・表示装置、3,4・・
・スイッチ、 X]、、X2.Y、Z、23・・・加速
度センサー素子、50〜200・・・演算の各ステージ
。 第1図 メ 第3図 第4図 第6図 第7図 1 (a) 第 8 図 (b)
Each figure relates to one embodiment of the present invention.
The figure is a perspective view including a partially transparent view, Figures 2(a) and 2(b)
) are front views of the display screen. Figure 3 is an exploded perspective view of the acceleration sensor element, Figures 4 and 5 are acceleration sensor circuit diagrams, Figure 6 is a block diagram of the circuit system, Figure 7 is an explanatory diagram of the acceleration calculation method, and Figure 8 ( a) and (b) are flowcharts of displacement calculation. 1... Device case, 2... Display device, 3, 4...
・Switch, X],,X2. Y, Z, 23... Acceleration sensor element, 50-200... Each stage of calculation. Figure 1 Figure 3 Figure 4 Figure 6 Figure 7 1 (a) Figure 8 (b)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)特定方向の加速度成分の作用により出力周波数が
変化する性質を持つ複数の加速度センサーと、該センサ
ーの周波数または周期をカウンターによって測定して刻
々の加速度データを成分毎にカウント値として得る測定
手段と1表示装置と、前記得られた加速度データを積分
して刻々の変位を演算する演算手段と、少なくとも該変
位を数字又は図形によって前記表示装置の画面上に表示
する表示手段とから構成されていることを特徴とする位
置測定装置。
(1) Measurement that uses multiple acceleration sensors whose output frequency changes due to the action of acceleration components in a specific direction, and measures the frequency or period of the sensors using a counter to obtain momentary acceleration data as a count value for each component. a display device; a calculating device for calculating momentary displacement by integrating the obtained acceleration data; and a display device for displaying at least the displacement in numbers or figures on the screen of the display device. A position measuring device characterized by:
(2)前記センサーの主要部は、固定極板と1片錘り性
で支持バネを有する可動極板とより成る容量素子である
事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の位置測定装
置。
(2) The position measurement according to claim 1, wherein the main part of the sensor is a capacitive element consisting of a fixed electrode plate and a movable electrode plate that is one-sided and has a support spring. Device.
(3)前記複数のセンサーのうち少なくとも1組の加速
度測定方向は位置測定装置が通常の姿勢を取るとき水平
面内で直交する2方向を向き、又他の1組は回転検出の
ため同じか又は反対方向を向くように取りつけられてい
る事を特徴とする特許請求の範囲第1項の位置測定装置
(3) The acceleration measurement directions of at least one set of the plurality of sensors are oriented in two orthogonal directions in the horizontal plane when the position measuring device assumes a normal attitude, and the other set is oriented in the same or the same direction for rotation detection. 2. The position measuring device according to claim 1, wherein the position measuring device is mounted so as to face in opposite directions.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63177708U (en) * 1987-05-06 1988-11-17
JPH051920A (en) * 1991-06-25 1993-01-08 Alpine Electron Inc Moving distance detecting device for vehicle
FR2772123A1 (en) * 1997-12-10 1999-06-11 Geophysique Cie Gle Method of seismic topographical surveying

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