(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動体の回転運動を検出するジャイロスコープにおいて、上記ジャイロスコープは回転角速度に対し不感帯を有すると共に、この不感帯の不感レベルを外乱検出センサの検出信号によって切替る不感処理手段を設けたことを特徴とするジャイロスコープ。
【請求項２】
請求項１記載のジャイロスコープにおいて、上記外乱検出センサを温度センサと加速度センサ、磁気センサの中の何れか１個としたことを特徴とするジャイロスコープ。
【請求項３】
請求項１記載のジャイロスコープにおいて、上記外乱検出センサを温度センサと加速度センサ、磁気センサの中の何れか２個を装備した構成としたことを特徴とするジャイロスコープ。
【請求項４】
請求項１記載のジャイロスコープにおいて、上記外乱検出センサを温度センサと加速度センサ、磁気センサの全てを装備した構成としたことを特徴とするジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は各種の運動体の姿勢の変化を検出すること等に用いられるジャイロスコープに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジャイロスコープは慣性空間に対する回転運動（姿勢の変化）を検出するものとして古くから知られている。その一例としては回転するコマの性質を利用したコマ式のジャイロスコープが実用されている。近年これに置き換わるものとして光を利用したリングレーザジャイロ、光ファイバジャイロが既に実用化されている。更に振動体の共振特性を利用した振動ジャイロも実用化されている。これらの各型式のジャイロスコープの構成及び動作原理等については各種の文献に詳しく解説されているから、ここでは特にこれらの構成及び動作について説明することは省略する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
どの型式のジャイロスコープでも本来検出すべき回転運動以外の各種の物理量（外乱）に対して感度を持ち、これが誤差要因となることも知られている。
例えば光ファイバジャイロの場合温度変化、振動による加速度、磁気等の外乱に対して反応し、誤差（ドリフト）を発生することが以下の文献に記載されている。
【０００４】
１．Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．ｖｏｌ．１９（５）Ｐ６５４−６５５  １９８０
２．Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ｖｏｌ．１５８５．Ｐ８２  １９９１
３．Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ  ｖｏｌ．６．ｎｏ．１０  Ｐ５０２  １９８１
他の型式のジャイロであっても特に温度変化、振動による加速度に対しては全ての型式のジャイロスコープでもドリフトを発生する。
【０００５】
一方、ドリフト要因の対策として一定値以下の回転力に対してジャイロ出力として反応させない不感処理を施す例もある。例えばジャイロ出力段にアナログ回路で一般的な不感帯回路を付加することにより、図６に示すように、一定値以下の出力変動を０にすることができる。
ところでこの不感処理を施すことにより、本来検出すべき回転入力に対する反応もある値以下は０にするため、小さい回転入力時の出力に対して誤差が生じ易い欠点がある。
【０００６】
この発明の目的は大きい量の外乱から受けるドリフトに対しては不感レベルを高く保ち、外乱から受けるドリフトの発生を極力抑制すると共に、外乱の影響が小であれば不感レベルを下げて微小回転入力も検出できる状態に制御することができるジャイロスコープを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明では外乱から保護すべきジャイロスコープに対して外乱検出センサと、この外乱検出センサの検出信号に応じて不感帯の不感レベルを切換制御する不感処理手段とを設けた構成のジャイロスコープを提案するものである。
この発明によるジャイロスコープによれば外乱から保護すべきジャイロスコープに対して温度変化、振動、磁気等の外乱が与えられると、その状態を外乱検出センサが検出し、その検出信号を不感処理手段に入力する。不感処理手段は外乱の存在を知らされることにより不感帯の不感レベルを上昇させ、外乱によるドリフトの発生を抑制する。外乱検出センサが外乱の存在を無と判定した場合には不感処理手段は不感帯の不感レベルを低下させ、小さい回転入力に対してもジャイロ出力を発生させる状況に制御する。
【０００８】
従ってこの発明によれば外乱によるドリフトの発生を抑制すると共に、微小な回転入力に対しても応答することができる優れた特性を持つジャイロスコープを提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明によるジャイロスコープの一実施例を示す。図中１１は外乱の影響から保護しようとするジャイロスコープを示す。このジャイロスコープ１１は上述したように各種の型式のジャイロスコープが適用される。
１２は外乱検出センサを示す。この外乱検出センサ１２は極く一般的には温度センサが考えられる。外乱検出センサ１２を温度センサとした場合、その温度センサはジャイロスコープ１１に直接接触した状態で実装するか又はそのジャイロスコープ１１に可及的に接近して配置し、ジャイロスコープ１１に与えられる温度変化（外乱）を確実に検出させる。
【００１０】
ジャイロスコープ１１と外乱検出センサ１２の検出信号はそれぞれＡＤ変換器１３Ａ，１３Ｂに入力され、デジタル信号に変換される。ＡＤ変換器１３Ａ，１３Ｂから出力されるデジタル信号を不感処理手段１４に入力し、不感処理手段１４において、外乱検出センサ１２の外乱検出信号の有無又は外乱検出信号のレベル等によって不感処理手段１４の処理を制御させる。
【００１１】
図２に不感処理手段１４の処理方法を示すフローチャートを示す。このフローチャートで示すプログラムは例えばジャイロスコープ１１が測定値を出力する毎に１回ずつ実行され、ジャイロスコープ１１が出力した測定値をその出力毎に不感処理して出力するものとする。
ステップＳＰ１で角速度ＲＡを得ると共に外乱検出センサ１２から外乱の量を測定する。この例では外乱検出センサ１２を温度センサとした場合を示す。従って外乱の測定は所定時間内の温度変化Ｔ℃／時間を測定する。
【００１２】
ステップＳＰ２で外乱検出信号から外乱の量（ｄＴ／ｄｔ）を算出する。
ステップＳＰ３とＳＰ５では外乱の量（ｄＴ／ｄｔ）が設定値Ｂより小さいか、設定値Ａより大きいかＡとＢの中間かを判定する。ステップＳＰ３でｄＴ／ｄｔ＜ＢであればステップＳＰ４でそのときの不感レベルＤＢ１をＤＢ１＝Ｏ°／Ｓ（不感帯なし）に設定し、ステップＳＰ１１で角速度ＲＡをそのまま出力する。
【００１３】
ステップＳＰ３で外乱の量がｄＴ／ｄｔ＜Ｂでないと判定した場合にはステップＳＰ５に分岐する。
ステップＳＰ５で外乱の量ｄＴ／ｄｔがｄＴ／ｄｔ＞ＡであればステップＳＰ６に進み、ステップＳＰ６で不感レベルＤＢ２をＤＢ２＝Ｘ°／Ｓに設定する。ステップＳＰ５でｄＴ／ｄｔ＞ＡでなければつまりＢ＜ｄｔ＜ＡであればステップＳＰ７に分岐し、この場合には不感レベルＤＢ３をＤＢ３＝Ｙ°／Ｓに設定する。
【００１４】
ステップＳＰ８では測定した角速度ＲＡが不感レベルＤＢ２より大きいか否かを判定する。ＲＡ＞ＤＢ２であればステップＳＰ１１に進み角速度ＲＡをそのまま出力する。
ステップＳＰ９でＲＡ＞ＤＢ３であると判定した場合にもステップＳＰ１１に進み角速度ＲＡをそのまま出力する。
【００１５】
ステップＳＰ８とＳＰ９でＲＡ＞ＤＢ２及びＲＡ＞ＤＢ３でないと判定した場合にはステップＳＰ１０で不感帯処理してＲＡ＝０として出力させる。
図３は不感処理の他の例を示す。この例では不感レベルＤＢを外乱の量（ｄＴ／ｄｔ）の値に対応させて自由に変化させ、測定した角速度ＲＡの値が不感レベルＤＢより大きければ外乱の影響なしと判定して角速度ＲＡをそのまま出力し、角速度ＲＡが外乱より小さい値を呈するときは外乱の影響有りと判定してＲＡ＝０として不感処理を施して出力する例を示す。図３Ａに示すステップＳＰ１とＳＰ２は図２で説明したステップＳＰ１及びＳＰ２と同じである。図３に示すステップＳＰ３で不感レベルＤＢを
ＤＢ＝ｋ・ｄＴ／ｄｔ                      …（１）
ｋ：定数
に設定する。
【００１６】
（１）式に示した不感レベルＤＢは図３Ｂに示す１次関数として表すことができるが、必ずしも１次関数に限られるものでない。
ステップＳＰ４では測定した角速度ＲＡがＲＡ＞ＤＢかを判定する。その判定結果が正であればステップＳＰ５に進み、測定した角速度ＲＡをそのまま出力する。
【００１７】
ステップＳＰ４で否であればステップＳＰ６に分岐し、ＲＡ＜ＤＢと判定し、この場合は測定した角速度ＲＡが不感レベルＤＢより小さく、このことは外乱の影響を大きく受けると判定して測定した角速度ＲＡをＲＡ＝０として出力する。
結局、図３Ｂに示す直線ＤＢ＝ｋ・ｄＴ／ｄｔの上側では測定した角速度ＲＡが外乱ｄＴ／ｄｔより大きく、外乱による影響は小さいと判定して測定した角速度ＲＡをそのまま出力させ、直線ＤＢ＝ｋ・ｄＴ／ｄｔより下側では測定した角速度ＲＡは外乱ｄＴ／ｄｔより小さく、外乱の影響を大きく受けると判定してＲＡ＝０として出力させる不感処理を施すことを意味している。
【００１８】
この発明によれば図２と図３で説明した不感処理の何れの方法によっても外乱の量ｄＴ／ｄｔが大きい値を示すときはジャイロスコープ１１が測定した角速度ＲＡに外乱によるドリフトを大きく含むものと判定してＲＡ＝０として出力させ、外乱の量ｄＴ／ｄｔが小さい値を示すときはＲＡをそのまま出力させる制御を実行するから、不感処理手段１４から出力されるジャイロ出力は外乱によるドリフト分が除去され安全なジャイロ信号を得ることができる。
【００１９】
因みに図４に示す曲線Ａは光ファイバジャイロ角速度出力、曲線Ｂは外乱として与えられる温度変化率を表わしている。
この図から解ることは温度変化率が大きく変化している場合はジャイロ出力も大きくドリフトしていることが解る。
これに対し、図５に示す曲線Ｃはこの発明を適用した場合の角度出力、図５に示す曲線Ｄはこの発明を適用しない場合のジャイロ出力を示す。この図５から明らかなように、この発明を適用することによりドリフトを含まない安定したジャイロ出力が得られることが解る。
【００２０】
上述では外乱検出センサ１２を温度センサとして説明したが、ジャイロスコープ１１は上述したように温度以外にも振動による外乱、磁気による外乱に対してもドリフトを生じることは解明されている。従ってこれらのセンサ全てを外乱検出センサとして付加して実装すれば更に各種の外乱に対して不感処理を施すことができることは容易に理解できよう。また、ジャイロスコープの使用場所によって与えられる外乱が温度又は振動、磁気等の中の何れかに制限される場合はその対応するセンサだけを実装すれば済むことも容易に理解できよう。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によればジャイロスコープ１１に与えられる外乱を検出し、その外乱の量が規定値より大きいか否かによって不感処理をするかしないかを判定したから、外乱の量が大きい場合は外乱による影響が大きいと判定して測定した角速度ＲＡをＲＡ＝０として出力するから、外乱によるドリフト（誤差）がジャイロの出力側に伝達されることはない。よって誤差の少ないジャイロ信号を得ることができ、質のよいジャイロ信号を得ることができる。この結果ジャイロスコープの信頼性を高めることができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するためのブロック図。
【図２】図１に示した実施例に用いた不感処理手段を動作させるプログラムの概要を説明するためのフローチャート。
【図３】図２と同様に不感処理手段を動作させる他のプログラムの概要を説明するためのフローチャート。
【図４】ジャイロスコープの外乱によるジャイロ出力がドリフトする様子を説明するためのグラフ。
【図５】この発明を適用した場合のジャイロ出力を説明するためのグラフ。
【図６】従来の不感帯を具備したジャイロの入力対出力特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１１    ジャイロスコープ
１２    外乱検出センサ
１４    不感処理手段
【図１】
0003541306.tif 000002
【図２】
0003541306.tif 000003
【図３】
0003541306.tif 000004
【図４】
0003541306.tif 000005
【図５】
0003541306.tif 000006
【図６】
0003541306.tif 000007