JPH03255962A - ガス式角速度検出器 - 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】 挟４光見 本発明は、自動車、航空機などの移動体に搭載されて、
移動体の進行方向の変化による角速度を検出するガス式
角速度検出器に関する。

従来技術 一般に、ガス式角速度検出器は、密閉したケーシング内
で、ポンプを駆動することによって、ノズル孔から抵抗
温度係数の大きな感温素子からなる一対のヒートワイヤ
対に向かってガス流を噴出させておき、これを搭載する
移動体の進行方向の変化によって検出器本体に角速度運
動が加わってガス流が偏向したときに、ヒートワイヤ対
に生ずる感温出力の差を、そのヒートワイヤ対とともに
構成された抵抗ブリッジ回路および増幅器を介してとり
出して、そのとき検出器本体に作用する角速度の向きお
よび大きさを検出するようにしている。

このようなガス式角速度検出器の検出信号を時間積分す
れば移動体の進行方向の変化分が得られ、それにより移
動体の進行方向を累積的に求めていくことができるよう
になる。

このようなガス式角速度検出器にあっては、後述するよ
うに、検出器本体に角速度運動が何ら加わらないのにも
かかわらず、一対に設けられるヒートワイヤの特性のば
らつきなどに起因した出力分が生じてしまい、それが角
速度検出の誤差となるために、その出力分をオフセット
させる必要がある。

しかして、従来では、そのオフセットの出力分が検出器
の内部温度の変化に応じて変動するものであるため、検
出器本体をヒータによって強制加熱して、その内部温度
を温度センサによって検出した温度が常に予め設定され
た温度になるようにヒータの加熱制御を行わせて、その
設定温度に応した所定のオフセット値を用いて角速度検
出信号のオフセット補正を行わせるようにしている。

しかし、このようなヒータによる加熱制振手段をとるの
では、検出器の内部温度が設定温度に立ち上がるまでの
あいだ時間を要して、その間、角速度検出信号のオフセ
ット補正を行わせることができないという問題がある。

１杵 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、検出器の
内部温度が常に設定温度となるようにヒータによる加熱
制御を行わせる際、そのヒータ加熱による温度立上げの
直後から角速度検出信号のオフセット補正を高精度に行
わせることができるようにしたガス式角速度検出器を提
供するものである。

璽」覧 本発明は、その目的を遠戚するため、基本的に、予め温
度に応じたオフセット値の特性が設定されたテーブルを
用意しておき、ヒータ加熱による温度立上げの期間中、
そのテーブルから温度センサによって検出されたガス式
角速度検出器の内部温度に応じたオフセット値を逐次読
み出して、その読み出されたオフセット値を実際の角速
度の検出値から減するニーとによってオフセット補正を
行わせるようにしている。

その温度に応じたオフセット値の特性は、例えばシュミ
レーションによって実験的に作成される。

その際、温度に応じたオフセット値の特性は一律ではな
く、ヒートワイヤの材料特性などに起因して、立上げ時
の初期温度の如何によって、第６図に示すように、その
初期温度を始点とした特性がそれぞれ異なるものとなる
。

したがって、温度に応じたオフセット値の特性を一律に
テーブルに設定してオフセット補正を行わせるのでは、
その特性を作成したときの立上げ温度と実際の立上げ時
に検出された温度とが大きく異なると、その特性上の差
異によってオフセット補正の精度が低下してしまうこと
になる。

そのため本発明では、予め立上げ時の初期温度によって
それぞれ異なる特性をもった複数のテーブルを設定して
おき、実際の立上げ時点で温度センサによって検出され
た検出器の内部温度に応じて最適なテーブルを選択して
、その選択され−たテーブルにもとづいて高精度なオフ
セット補正を行わせることができるようにしている。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

第２図に、本発明に係るガス式角速度検出器本体の一構
成例を示している。

同図の構成にあって、ケーシング８は一端が閉塞され、
他端が開放された筒状のものからなっており、その開方
端の周縁にはフランジ９が形成されている。また、その
ケーシング８の横断面形状は円周上を等分した３箇所が
内方に向かって突出した***条となっており、それらの
***条と当接する本体部１１との間に軸方向のガス通路
１０が形成されている。

また、ケーシング８内に収納される本体部１１は、ホル
ダ部１２と首部１３と筒体部１４とからなっており、そ
のホルダ部１２によってケーシング８内に封じ込められ
たガスをシールドするようにしている。ホルダ部１２内
にはポンプ室１５が形成されており、そのポンプ室１５
内にはピエゾプレート１６からなるダイアフラム式のポ
ンプが設けられ、そのポンプ作用によってガスが吐出口
１７からガス通路１０内に送り出されるようになってい
る。

ガス通路１０内に送り出されたガスは、筒体部１４の端
面の中央部分に形成されたノズル孔１８およびその周囲
に複数形成された整流孔１９がらその筒体部１４の内部
に形成されたセンサ室２゜内に層流として噴出され、そ
のセンサ室２ｏの先方に設けられた一対のヒートワイヤ
２１ａ、２１ｂ部分を通過したのちにポンプ室１５に戻
って再びポンプ作用によってガス通路１０内に送り出さ
れるようになっている。

なお、ケーシング８のフランジ９部分には、抵抗ブリッ
ジ回路、増幅器、電源回路などが実装される回路基板２
２が取り付けられている０図中。

２３は検出器本体を支持する支持筒を示している。

一対のヒートワイヤ２１ａ、２１ｂは、第３図に示すよ
うに、ノズル孔１８の中心線〇−〇に対して左右対象と
なるように配設されており、遣出器に何ら横方向の角速
度ωが作用しないときにはノズル孔１８から噴出された
ガスがその中心線Ｏ−○に沿ってまっすぐ流れて各ヒー
トワイヤ２１ａ、２１ｂに均等に当たり、その各ヒート
ワイヤ２１ａ、２１ｂに対する放熱量を等しくしている
。

このような状態にあって、センサ本体に横方向の角速度
ωが作用すると、その大きさに応じてノズル孔１８から
噴出されたガス流が図中点線で示すように偏向して各ヒ
ートワイヤ２１ａ、２１ｂのところにおいて中心線○−
０からのずれＥを生じ、そのためガス流が一方のヒート
ワイヤ２１ａに多く当たって各ヒートワイヤ２１ａ、２
１ｂに対する放熱量に差異をきたすことになる。

そして、その放熱量の差異にもとづく各ヒートワイヤ２
１ａ、２１ｂにおける各感温出力の差が。

そのヒートワイヤ２１ａ、２１ｂとともに構成された抵
抗ブリッジ回路（第４図参照）および増幅器を介してと
り出され、そのとり出された信号の極性および大きさに
よって検出器に作用する角速度ωの向きおよび大きさが
検出されるようになっている。

第４図に、抵抗ブリッジ回路の構成例を示している。図
中、基準抵抗Ｒａ、Ｒｈは抵抗が既知の基準抵抗、Ｅは
定電圧電源、ＡＭＰは増幅器である。

また、このようなガス式角速度検出器では、製造上の理
由などからして、一対に設けられるヒートワイヤ２１ａ
、２１ｂの各温度抵抗特性をそろえることが難しく、そ
の特性が第５図に示すようにばらついてしまう。そのた
め、角速度ωが何ら作用しなくても、検出器本体の内部
温度の変化によってブリッジの平衡条件がくずれて出力
を生じてしまい、その出力分が角速度ωの検出誤差の要
因になっている。

そのため、ここでは、第２図に示すように、検出器本体
を恒温槽２４内に入れて、ケーシング８および支持筒２
３にそれぞれ螺旋状に巻回されたヒータ線２５によって
検出器本体を強制的に加熱し、温度センサ２６によって
検出器本体の内部温度を検出しながら、その検出温度が
常に予め一般定された温度となるようにヒータ線２５に
よる加熱の制御を行わせるようにしている。

そして、その内部温度が設定温度となっている状態にお
いて、移動体が停止しているときの角速度検出信号が零
となるように予め求められたオフセット値を用いて、角
速度検出信号のオフセット補正を行わせることにより、
外部温度の変化の影響を受けることなく、移動体の進行
方向の変化にともなう角速度ωを正確に検出することが
でさるようになる。

また、ここでは、予め温度の変化に応じて計測された各
オフセット値のデータにしたがって温度に応じたオフセ
ット値の特性のテーブルを作成して、その作成されたテ
ーブルをメモリに登録しておき、ヒータ、！２５の加熱
制御によって検出器本体の内部温度が一定に立ち上がる
までのあいだ、温度センサ２６によって検出された温度
に応じたオフセット値をテーブルから読み出して、角速
度検出信号のオフセット補正を行わせるようにしている
。

したがって、検出器本体の内部温度が一定に立ち上がる
までのあいだにあっても、内部温度の変化の影響を受け
ることなく、移動体の進行方向の変化にともなう角速度
ωを直ちに正確に検出することができるようになる。

なお、ヒータ線２５の加熱制御および角速度検出信号の
オフセット補正は、例えば、マイクロコンピュータの制
御下において実行される。

その際、本発明では、第６図に示すように、立上げ時の
初期温度に応じてそれぞれ異なる特性をもった複数のテ
ーブルを設定しておき、実際の立上げ時点における温度
センサ２６による検出温度に最も近い初期温度をもった
特性のテーブルを選択して、その選択されたテーブルを
用いて角速度検出信号のオフセット補正を行わせるよう
にしたことを特徴としている。

第１図に、温度センサ２６による検出温度に応じてテー
ブル選択を行い、その選択されたテーブルを用いて角速
度検出信号のオフセット補正を行わせるようにした具体
的な構成例を示してい−る。

第１図の構成にあって、温度センサ（２６）から温度検
出信号が送られてくると、その初期温度がラッチ１に保
持され、その保持された初期温度に応じてテーブル選択
回路２からテーブル選択指令がスイッチ回路３１．３２
に出される。

スイッチ回路３１．３２は、そのテーブル選択指令に応
じてスイッチを適宜切り換えて、複数のテーブル４１〜
４ｎのうちの所定のテーブル４Ｘ（ｘ＝１．２．３．・
・・）を選択するべく回路に接続する。

そして、その選択されたテーブル４ｘから、温度検出信
号に応じて所定のオフセット値が読み出されて、オフセ
ット補正回路５において、その読み出されたオフセット
値を用いた角速度検出信号のオフセット補正が逐次実行
される。

図中、６はテーブル書込の切換信号に応じてスイッチン
グするスイッチ回路で、そのスイッチオフの状態時にテ
ーブルの書換えを可能とする。また、７はオフセット補
正の切換信号に応じてスイッチングするスイッチ回路で
、そのスイッチオンの状態時にオフセット補正を可能に
する。

このように本発明によれば、立上げ時の初期温度にした
がう特性をもった複数のテーブルのなかから、立上げの
時点で温度センサ２６によって検出された温度に見合っ
た最適な特性のテーブルを選択することができ、ヒータ
による加熱制御を行わせる際の検出器の内部温度が設定
温度に立ち上がるまでのあいだ、その選択されたテーブ
ルを用いて角速度検出信号のオフセット補正を精度良く
行わせることができるようになる。

また、本発明では、前述のように、立上げ時点における
温度センサ２６による検出温度に最も近い初期温度をも
った特性のテーブルを選択して、その選択されたテーブ
ルを直接用いてオフセット補正を行わせるのではなく、
その選択されたテーブルを用いて以下のような補間を行
わせて、その補間により予測されたオフセット値をもっ
て角速度検出信号のオフセット補正を行わせるようにし
ている。

いま１例えば、第７図に示すように、立上−げの初期温
度が一３０℃と０℃との各テーブルが設定されており、
立上げ時点で温度センサ２６によって検出された温度が
一２０℃である場合について考えてみる。

まず、立上げ時点で温度センサ２６によって検出された
一２０℃の温度に最も近い一３０℃の初期温度をもった
特性のテーブルＴ１が選択される。

そして、−２０℃から０℃までの領域ＡＩにあって、そ
の選択されたテーブルＴ１におけるオフセット値○ｔｌ
Ｘと実際のオフセット値Ｏｒｘとの差の５０％を実際の
オフセット値○ｒｘに加えることによって平均のオフセ
ット＠［Ｏｉｘが算出される。

０ｉｘ＝（（○ｔｌｘ−○ｒｘ）／２）＋○ｒｘ−（１
）ここで、○ｔ＋ｘ、　Ｏｒｘ、　Ｏｉｘは、−２０℃
から０℃までのあいだにおける各サンプリング温度ｔＸ
にそれぞれ対応した各オフセット値をあられしている。

また、平均値を求めているあいだにもヒータ加熱によっ
て検出器の内部温度が上昇していることを見込んで、そ
の求められた平均のオフセット値○ｌｘを、例えば５℃
進んだ先のオフセット値として予測する。

そして、その予測されたオフセット値をもって。

そのときの角速度検出信号のオフセット補正が行われる
。

なお、実際のオフセット値○ｒｘは、ガス式角速度検出
器を搭載する移動体が停止しているかまたは直進してい
る状態で、その検出器に何ら角速度が作用していないと
きの検出器の出力値である。

また、オフセット値の平均を求めて、先のオフセット値
を予測する処理は、第１図の構成におけるオフセット補
正回路５において実行される。

このように本発明によれば、立上げ時点での検出温度に
応じて選択されたテーブルＴ１にしたがい、実際のオフ
セット値Ｏｒｘを参酌した最適なオフセット値０１ｘを
予測することができ、その予測されたオフセット値○ｉ
ｘを用いて角速度検出信号のオフセット補正をより精度
良く行わせることができるようになる。

次に、第７図に示す関係にあって、０℃以以上上領域Ａ
２においては、立上り時点での検出温度が＝２０℃の前
、後に存在する初期温度が一３０℃の特性のテーブルＴ
１と初期温度が０°Ｃの特性のテーブルＴ２とが同時に
選択される。

そして、その選択された２つのテーブルＴＩ。

Ｔ２の各特性における初期温度−３０°Ｃ１Ｏ℃に対す
る検出温度−２０℃の比列配分に応した補間の特性が演
算により求められる。

ここで、温度の比例配分をＫとしまたとき、テーブルＴ
１のオフセット値○ｔｌｘとテーブルＴ２のオフセント
値○ｔ２ｘとの補間のオフセット値○ｊｘが、次式によ
って与えられる。

○ｊｘ’＝（○ｔｌｘ−○ｔ２ｘ）　・Ｋ＋○ｔ２ｘ・
＝　（２）なお、第７図に示す関係にあっては、温度配
分には、Ｋ＝−２０／（−３０−０）＝２／３となる。

そして、その補間されたオフセット値○ｉｘ′　をもっ
て、そのときの角速度検出信号のオフセット補正が行わ
れる。

この２つのテーブルＴｌ、Ｔ２を用いて補間の特性を求
める処理は、第１図の構成におけるオフセット補正回路
５において実行される。また、この場合、第１図の構成
におけるテーブル選択回路２はテーブルＴＩ、Ｔ２の各
選択指令をスイッチ回路３１．３２にそれぞれ同時に与
えることになる。また、スイッチ回路３１．３２は２つ
のテーブルＴＩ、Ｔ２を同時に選択することになる。

このように本発明によれば、立上げ時点での検出温度に
応じて選択された２つのテーブルＴＩ。

Ｔ２にしたがい、そのテーブルＴｌ、Ｔ２を補間した最
適なオフセット値○ｉｘ′　を得ることができ、その補
間されたオフセット値Ｏｉｘ’　を用いて角速度検出信
号のオフセット補正をさらに精度良く行わせることがで
きるようになる。

なお、本発明は、第１図に示すような構成によることな
く、マイクロコンピュータを用いて実行が可能である。

党果 以上、本発明によるガス式角速度検出器にあっては、そ
の検出器の内部温度が常に設定温度となるようにヒータ
による加熱制御を行わせる際、内部温度が設定温度に立
ち上がるまでのあいだにあっても、その立上げ時点にお
ける検出器内部の検出温度に見合った最適な特性をもっ
たテーブルを参酌して角速度検出信号のオフセット補正
を高精度に行わせることができ、立上げの直後から検出
器本体に作用する角速度を精度良く検出することができ
るという優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための具体的な構成例を示す
ブロック図、第２図はガス式角速度検出器本体の一槽底
例を示す平断面図、第３図はガス式角速度検出器本体に
角速度が加わったときのガス流の偏向状態を示す図、第
４図は一対のヒートワイヤを用いた抵抗ブリッジ回路の
一構成例を示す電気回路図、第５図は一対に設けられる
ヒートワイヤの各温度抵抗特性の一例を示す特性図、第
６図は立上げ時の初期温度によってそれぞれ異なる温度
に対するオフセット値の特性を示す図、第７図は予め設
定された２つのテーブルの特性と立上げ時点の検出温度
との関係を示す特性図である。 １・・・ラッチ　２・・・テーブル選択回路　３１．３
２・・スイッチ回路　４１〜４ｎ・・・テーブル　５・
・・オフセット補正回路　６，７・・・スイッチ回路　
１５・・・ポンプ室　１８・・・ノズル孔　２１ａ、２
１ｂ・・ヒートワイヤ　２４・・・恒温槽　２５・・・
ヒータ線２６・・・温度センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定方向に噴出されたガス流に対して、角速度が作
   用したときのガス流の偏向状態を感温素子を用いて電気
   的に検出するようにしたガス式角速度検出器において、
   その検出器本体をヒータにより加熱し、その検出器本体
   の内部温度を温度センサにより検出しながら、その検出
   温度が一定となるように前記ヒータの加熱制御を行わせ
   る手段と、内部温度が一定に立ち上がるまでのあいだ、
   予め温度に応じたオフセット値の特性が設定されている
   テーブルから前記温度センサによる検出温度に応じたオ
   フセット値を読み出して、検出器の出力信号のオフセッ
   ト補正を行わせる手段とをとり、立上げ時の初期温度に
   よってそれぞれ異なる特性をもった複数のテーブルを設
   定しておき、立上げ時の温度センサによる検出温度に最
   も近い初期温度をもった特性のテーブルを選択し、その
   選択されたテーブルを用いて前記オフセット補正を行わ
   せるようにしたことを特徴とするガス式角速度検出器。 ２、一定方向に噴出されたガス流に対して、角速度が作
   用したときのガス流の偏向状態を感温素子を用いて電気
   的に検出するようにしたガス式角速度検出器において、
   その検出器本体をヒータにより加熱し、その検出器本体
   の内部温度を温度センサにより検出しながら、その検出
   温度が一定となるように前記ヒータの加熱制御を行わせ
   る手段と、内部温度が一定に立ち上がるまでのあいだ、
   予め温度に応じたオフセット値の特性が設定されている
   テーブルから前記温度センサによる検出温度に応じたオ
   フセット値を読み出して、検出器の出力信号のオフセッ
   ト補正を行わせる手段とをとり、立上げ時の初期温度に
   よってそれぞれ異なる特性をもつた複数のテーブルを設
   定しておき、立上げ時の温度センサによる検出温度に最
   も近い初期温度をもった特性のテーブルを選択し、その
   選択されたテーブルにおけるオフセット値と実際のオフ
   セット値との平均値を演算により求めて、その求められ
   た平均値を用いて前記オフセット補正を行わせるように
   したことを特徴とするガス式角速度検出器。 ３、一定方向に噴出されたガス流に対して、角速度が作
   用したときのガス流の偏向状態を感温素子を用いて電気
   的に検出するようにしたガス式角速度検出器において、
   その検出器本体をヒータにより加熱し、その検出器本体
   の内部温度を温度センサにより検出しながら、その検出
   温度が一定となるように前記ヒータの加熱制御を行わせ
   る手段と、内部温度が一定に立ち上がるまでのあいだ、
   予め温度に応じたオフセット値の特性が設定されている
   テーブルから前記温度センサによる検出温度に応じたオ
   フセット値を読み出して、検出器の出力信号のオフセッ
   ト補正を行わせる手段とをとり、立上げ時の初期温度に
   よってそれぞれ異なる特性をもった複数のテーブルを設
   定しておき、立上げ時の温度センサによる検出温度の前
   、後に初期温度をもった２つの特性のテーブルを選択し
   、その選択された２つの特性の初期温度に対する検出温
   度の比列配分に応じた特性を演算により求めて、その求
   められた特性を用いて前記オフセット補正を行わせるよ
   うにしたことを特徴とするガス式角速度検出器。