JPS62280609A - 循環駆動型レ−トジヤイロの調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、物体の慣性角速度を検出するレートジャイロ
に係わり、特に振動又は旋回といった、循環駆動型レー
トジャイロに係わる。

従来の技術 一般に慣性角速度といわれる慣性系に対する回転率を測
定する装置は種々であって、角速度センサー（Ａｎｇｕ
ｌａｒ　ｒａｔｅ　５ｅｎｓｏｒまたはＡｎｇｕｌａｒ
　ｖｅ−１ｏｃｉｔｙ　５ｅｎｓｏｒ）、レートジャイ
ロ、角速度検出器（Ａｎｇｕｌａｒ　ｒａｔｅ　ｓｅｎ
ｓｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）など、いろいろな名称で呼ば
れている。以下、本発明ではレートジャイロという呼称
を用いる。

従来、レートジャイロには様々なものが提案されている
が、それらに共通する動作原理は、１）質量要素を、被
測定座標系内で強制駆動する、２）その駆動により、被
測定座標系が慣性座標系に対し回転運動したときに、前
記質量要素にコリオリの力を作用させる、 ３）前記質量要素に作用する力を検知して、その偏位検
知信号から、コリオリの力に応じた成分を抽出し、コリ
オリの力の発生メカニズムに応じた信号処理を施して、
慣性角速度に比例した出力を得る、 ということができる。

ところでこれまで提案されている種々のレートジャイロ
を特徴づけるのは、その駆動形態（単振動駆動か、旋回
駆動か、回転駆動か、直線状駆動か）、駆動方法（電磁
作用を利用したもの、圧電効果を利用したもの等）、コ
リオリの力を作用させるべき質量要素（例えば片持ち梁
、音叉、弦の振動部、ロータの構成要素、放出ガス等）
及びその質量要素に作用する力の検出方法（電磁作用を
利用したもの、圧電効果を利用したもの、カンチレバー
によるもの、トルクバネによるもの等）などがあり、着
眼点によって、その分類のしかたも変わって来る。

本発明で対象とするレートジャイロ装置は、上述の分類
要素のうち駆動方式に着目して、単振動駆動、又はその
二次元的合成である旋回駆動といった循環駆動型レート
ジャイロに属する。

この循環駆動型レートジャイロは、前述の他の要素の違
いによって、例えば片持ち梁を電磁力により振動させ、
慣性角速度が入力された際にその先端部にコリオリの力
を作用させそれによる偏位を１磁的に検出するもの、あ
るいは励振、検知のいずれか一方、又は、両方に圧電効
果を利用するもの（いずれも米国特許第２５４４６４６
号公報）、カンチレバー状の圧電素子を旋回駆動してそ
れに作用するコリオリの力をビックアンプするものく米
国特許第２７１６８９３号公報）等がある。

ここでコリオリの力は人力慣性角速度と駆動速度のベク
トル積に比例するので、上記２例の場合は勿論他の例の
場合も、循環駆動型レートジャイロであれば全て、前記
質量要素に作用するコリオリの力は瞬時駆動速度と人力
慣性角速度の両者に直交した方向に作用し、またその大
きさは駆動速度の変化に同期して交番的に変化する（従
って得られる偏位検知信号も交流になるが、この点が直
線状の駆動を用いたレートジャイロ、あるいは対称体を
回転駆動してその構成要素に作用するコリオリの力を空
間積分するかたちで直流的なトルクに変換する回転駆動
型レートジャイロと著しく異なる点である）。

そこで循環駆動型レートジャイロを構成する場合、質量
要素に作用する力を偏位検知信号に変換する際にその感
度方向が常に慣性角速度の必要成分方向と駆動速度（旋
回駆動の場合その注目成分）方向と直交するように設定
し、またその偏位検知信号から人力角速度に比例した出
力を得るために、駆動速度（あるいはその注目成分）を
基準位相とした同期検波を施すのが一般的である。

このような装置における問題点の一つに外乱慣性力に対
する応答がある。即ち装置に外乱慣性力が加わると、こ
れが前記’ｊｔｌ要素に作用して偏位検知信号に誤差成
分を生じ、これが後の信号処理の過程で変形され、最終
的に誤差出力をもたらすという問題である。

このとき、偏位検知信号に混入した外乱慣性力に応じた
成分の内、駆動周波数と掛は離れた周波数成分は、駆動
周波数と等しい周波数で作用するコリオリの力に応じた
成分と周波数的に分離可能であるが、駆動周波数近傍の
成分はいかなる回路処理によっても原理的に除去できな
い。

この問題は通常質量要素を対に設けてこれを対称駆動し
、各々に作用する力をピンクアップして得た偏位検知信
号を、同じ向きに作用する力による成分を相殺するよう
に加算することで緩和している。

これは、２つの質量要素に等しい大きさ及び方向で作用
するであろう外乱慣性力と、等しい大きさ及び反対の方
向で作用するであろうコリオリの力とをその方向性によ
って分離し、偏位検知信号に現れる外乱慣性力に応じた
成分を相殺・除去するためであるが、２つのピックアン
プ感度の不整合による限界のために不十分となっている
。

この問題点を解決するために発明者等は先願特許におい
て、対をなす２つの質量要素に作用する力をピックアッ
プして得た２つの偏位検知信号を重み付けして加算する
加算手段を設けることを提案した。

このように構成することで、２つのピンクアンプ感度の
不整合を吸収して、より高い精度で外乱慣性力に応じた
成分を除去することが可能となる。

発明が解決しようとする問題点 この様な相殺効果を達成するために、基本的には２つの
ピックアップ感度の逆比となるような増幅度の比で、そ
れぞれのピックアップ信号を増幅して加算すればよい。

しかしながら、各々のピックアップ感度を独立に測定し
て、それに見合った増幅度を設定するといった方法は、
非常に繁雑であるとともに、ピックアップ感度の測定に
ともなう誤差や増幅度の設定にともなう誤差によって、
精度の高い除去を実現することは難しい。

また２つのピックアップ感度はそれぞれに固有の周波数
特性を持ち、従って、ピンクアップ感度の比も全ての周
波数領域に渡って一定ではなく、その組合わせによって
装置に固有の周波数特性を持つことが予想されるので、
どの周波数において最大のキャンセル効果を持つように
設定するかが問題となる。

本発明はかかる問題点に鑑みて、簡便で精度の高い調整
方法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、装置を動作状態に
して駆動周波数近傍の周波数で加振し、その時の出力が
最小となるように、加算器の重み付けの比を調節するこ
とにより上記の目的を達するものである。

作用 以上のような手段によれば、偏位検知信号に含まれるコ
リオリの力に応した成分と外乱慣性力に応じた成分とを
、簡便にかつ精度高く分離することが出来、外乱慣性力
に対して誤差応答の少ない高性能な特性を得ることがで
きる。

実施例 以下、本発明の循環駆動型レートジャイロの調整方法の
一実施例について、偏位検知信号源として圧電素子を用
いた場合を例にとって、図面を用いて説明する。

第１図は本発明において対象とする循環駆動型レートジ
ャイロの一例の構成を示すブロック図である。

第１図において、ｌａ、ｌｂはコリオリの力を作用させ
るべき質量要素を構成するとともに、自らに作用する力
を検知してそれに応じた電気出力（偏位検知信号）ｌａ
“、１ｂ゛を発生する１対の圧電素子であり、駆動手段
２によって互いに逆方向に循環的に駆動される。

このとき、前記偏位検知信号１ａ’、ｌｂ’　にはコリ
オリの力に応じた成分の他に駆動にともなう慣性力、外
乱慣性力などに応じた成分が夫々の圧電素子１ａ、ｌｂ
の感度に応じて含まれている。

３ａ、３ｂは偏位検知信号１ａ’、ｌｂ’　をローイン
ピーダンスの電圧信号３ａ’、３ｂ’　に変換するため
のプリアンプであり圧電素子１ａ”。

１ｂに逆向きの力が作用した時に同極性の信号を出力す
るように結線されており等しい増幅度をもつ。

４は３ａ“、３ｂ″を重みづけして加算する加算器であ
りその重みづけの比は１：１を中心にして微８周整がで
きるようになっている。

５は、加算器４の出力信号からコリオリの力に応じた成
分を抽出、処理して入力角速度に比例した出力を発生す
る信号処理回路であり、駆動速度を基準位相とした同期
検波器を基本要素として構成される。ここで、同期検波
器は入力信号と位相基準信号との掛は算を行って、その
極低周波成分を出力する働きをする。従って入力信号（
即ち加算器４の出力信号）に含まれる成分のうち、駆動
速度と同相のコリオリの成分は直流成分に変換され、位
相直交成分（単振動駆動における駆動惜性力成分、旋回
駆動における異方向角速度成分等）は除去されて出力に
現れず、他の周波数成分は駆動周波数との差および和の
周波数に変換されたのち、その周波数に応じて減衰され
て（即ち極低周波成分は通過し、周波数が高くなるに従
って急激に減衰されて）出力される。

第２図は本発明の調整方法の一実施例を示すブロック図
である。

第２図において１０は第１図に示す循環駆動型レートジ
ャイロの機構部分、２０は電気回路部分てあリ、１〜４
の構成要素の個々については第１図と同じである。

３０は前記機構部分１０に外乱加速度を与えるための加
振器であり、前記機構部分１０は圧電素子１ａ、１ｂの
感度方向が加振方向と一致するように、加振器３０に設
置されている。

この様な状態でレートジャイロを動作させて、かつ加振
器３０によって駆動周波数近傍の外乱慣性力を与えると
、圧電素子１ａ、１ｂに外乱加速度が等しく作用して信
号１ａ’　、ｌｂ’（ひいては、３３“、３ｂ’）にそ
れに応じた成分が現れる。

この外乱加速度に応じた成分は加算器４において相殺さ
れるがその相殺効果の不完全性の度合いによって信号４
°に現れる。これが信号処理回路５に人力されると、前
述の同期検波の作用によって、駆動周波数と外乱周波数
の差の周波数の誤差応答が最終出力に現れるのでこれが
最小となるように加算器４の重み付けの比を調節する。

ここで加振方向を圧電素子の感度方向とし、また加振周
波数を駆動周波数近傍としたのは、循環駆動型レートジ
ャイロが、そのような外乱に対して最も敏感だからであ
る。

このような方法によれば、外乱慣性力を最も効果的に相
殺するような加算器の重み付けの比を、簡便にかつ精度
良く設定することができる。

発明の効果 以上詳細に説明して明らかなように、本発明の循環駆動
型レートジャイロの調整方法は、装置を動作状態にして
駆動周波数近傍の周波数で加振して、その時の誤差出力
が最小になるように加算器の重み付けの比を設定するの
で、外乱慣性力を最も効果的に相殺するような調整を簡
便、且つ精度良く行うことが出来、外乱慣性力に対する
応答の少ない高精度な特性を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において対象とする循環駆動型レートジ
ャイロの一例の構成を示すブロック図、第２図は本発明
の調整方法の一実施例を示すブロック図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・圧電素子、２・・・・・・駆動
手段、３ａ、３ｂ・・・・・・プリアンプ、４・・・・
・・信号処理回路、工０・・・・・・機構部分、２０・
・・・・・電気回路部分、３０・・・・・・加振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに反対方向に循環的に駆動される１対の質量要素と
   、その１対の質量要素に作用する力を独立に検知して電
   気信号を出力する１対の偏位検知信号源と、前記１対の
   偏位検知信号源の出力を重みづけして加算する加算手段
   と、前記加算信号を処理して入力角速度に比例した出力
   を発生する信号処理回路を備えた循環駆動型レートジャ
   イロがあり、装置を動作状態にして前記偏位検知信号源
   の感度方向に前記循環的駆動の駆動周波数近傍の周波数
   で加振し、その時の前記信号処理回路の出力に現れる誤
   差応答が最小となるように前記加算器の重み付けの比を
   調節することを特徴とした、循環駆動型レートジャイロ
   の調整方法。