JPH04178517A - 二軸角速度計 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、飛翔体などの各種運動体において、姿勢計
測や制御のために用いられ、角速度を検出するもので、
回転軸に直角に一対の圧電検出器を対称、かつ平行に取
付け、その回転軸を回転させ、回転軸と直交する面内の
直交する二軸に関する角速度を検出する二軸角速度計に
関する。

「従来の技術」 第３図に従来の二軸角速度計を示す。レートセンサ部１
１内において回転軸１２に、一対の平行したビーム状の
圧電検出器１３．１４が回転軸１２と直角に、かつ回転
軸と対称に取付けられている。

回転軸１２はスピンモータ１５により一定速度で回転さ
れる。回転軸１２と直交する面内に作用する角速度によ
り圧電検出器１３．１４にコリオリ力が作用し、圧電検
出器１３．１４が図に点線で示すように互いに逆方向に
たわみ、このたわみにより圧電検出器１３．１４に発生
する各【気信号がそれぞれスリ・７プリング及びプラン
１６を介して前置増幅器１７．１８に導ひかれ、前置増
幅器１７．１８の各出力はレートセンサ部１１の外のセ
ンサエレクトロニクス部１９内のフィルタ移相回路２１
へ供給され、フィルタ移相回路２１で両電気信号の感度
及び位相合せが行われる。フィルタ移相回路２１の百出
力は差動回路２２で互いに引算されて、回転軸１１に沿
う加速度にもとすく同相成分が除去される。

回転軸１２に基準パターン板２３が取付けられてあり、
この例では基準パターン板２３に形成されている基準パ
ターンを光検出器２４で検出し、その検出出力が基準信
号発生器２５へ供給される。

基準信号発生器２５から回転軸１２が基準方間に向いた
時、立上りそれから１８００回転すると立下る方形波の
基準信号と、これに対し９０度遅れた基準信号とが作ら
れる。差動回路２２の出力が同期検波回路２６で基準信
号発生器２５からの二つの基準信号によりそれぞれ同期
検波され、これら両投波出力はフィルタ増幅器２７を通
してＸ軸角速信号、Ｙ軸角速度信号として出力される。

「発明が解決しようとする課題」 この従来の二軸角速度計において、差動回路２２の出力
に直流分が含まれていると、その直流が同期検波回路２
６でパルス化され、軸回転周波数の雑音となる欠点があ
り、更にスケールファクタとクロスカップリングの温度
計数が大きい欠点を持っていた。

圧電検出器１３．１４の伝達特性ＧＰ（Ｓ）は次式％式
％ に、：比例定数　　　Ｃド圧電検出器の内部容量Ｒ１：
圧電検出器の内部抵抗 圧電検出器の内部容量Ｃ，は温度変化に対して一般に比
較的大きな正の温度係数を持って変化する。

このため高温になると時定数Ｔ、が大きくなり、利得周
波数特性は第４図Ａに示すように曲線２８から曲線２９
へと利得が大きくなるように変化し、位相周波数特性は
第４図Ｂに示すように曲線３１から曲線３２へと位相が
遅れるように変化する。

このため検出される角速度信号の利得はａからｂへ大と
なり、位相はＣからｄへと遅れる。この結果角速度計の
スケールファクタが温度変化で比較的大きく変化する。

またＸ軸まわりの角速度とこれと直角なＹ軸まわりの角
速度とは本来無関係であり、つまりＸ軸まわりの角速度
のみが入力されている場合はこれに応じてＸ軸角速度信
号が出力され、Ｙ軸角速度信号はゼロであるが、温度変
動で、圧電検出器の位相特性が変化すると、圧電検出器
の出力と基準信号との位相関係が正しい状態からずれ、
例えば本来はＹ軸角速度信号はゼロであるべきであるが
、Ｙ軸角速度信号が現われ、いわゆるクロスカップリン
グが生じる。このクロスカップリングの温度変化係数も
比較的大きい。

この対策として、圧電検出器における応答の折点周波数
を小さくして（つまり時定数Ｔ、を大きくして）角速度
信号のキャリア周波数（回転軸１２の回転周波数）に対
して十分小さくすることが考えられる。しかしこの方法
は圧電検出器の電圧出力感度を低下することになり、実
用的でない。

このため従来においては軸回転数の雑音を減少するため
、差動回路等にてバイアス調整回路を設け、同期検波回
路入力ハイアスを無くするよう調整する必要かあった。

さらに、温度によるスケールファクタやクロス力・７プ
リングが変化するのを防ぐため、使用温度範囲を制限し
たり、広範囲の温度範囲での使用が要求される場合は、
レートセンサ部１１を所定の温度に制御し、外部の周囲
温度の影響を受けないようにしていた。このような温度
制御は二軸角速度計の小形化、軽量化、低価格化に反す
ることになる。あるいは、レートセンサ部１１に温度セ
ンサを取付け、その温度センサの出力に応じてマイクロ
プロセッサで角速度信号を補正計算して、スケールファ
クタ及びクロスカップリングの温度変化係数を小さくし
ていた。しかしこのようにマイクロプロセッサによる補
正計算も、二軸角速度計の小形化、軽量化、低価格化に
支障をきたしていた。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば差動回路と同期検波回路との間に高域
通過濾波器が挿入され、直流分が遮断されて同期検波回
路へ供給される。この高域通過濾波器の時定数決定素子
の少くとも一部は、圧電検出器とほぼ同一の温度環境に
配置され、かつ高域通過濾波器の時定数ＴＭは圧電検出
器の時定数Ｔ、とほぼ等しく、かつこれら時定数ＴＮｓ
　Ｔ、の温度変化係数を互いにほぼ等しく、逆極性とさ
れる。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示し、第３図と対応する部
分に同一符号を付けである。この発明においては差動回
路２２と同期検波回路２６との間に高域通過濾波器３３
が直列に挿入される。高域通過濾波器３３は例えばその
濾波器３３の入力端に入力抵抗器３４の一端が接続され
、その他端がコンデンサ３５を通して演算増幅器３６の
反転入力端に接続され、演算増幅器３６の非反転入力端
は接地され、反転入力端と出力端との間に帰還抵抗器３
７が接続されて構成される。この高域通過濾波器３３の
時定数決定素子である入力抵抗器３４とコンデンサ３５
とのうちコンデンサ３５はレートセンサ部１１内に配さ
れ、圧電検出器１３，１４とほぼ同一の温度環境に配置
される。このコンデンサ３５としてその容量の温度係数
が圧電検出器１３．１４の内部容量Ｃ７のそれに対し大
きさが等しく、変化の極性が逆の負極性のものが用いら
れる。このようなコンデンサ３５は温度補償用コンデン
サとして市販されているものから選んで使用することが
できる。また高域通過濾波器３３の時定数Ｔ８を圧電検
出器１３．１４の時定数Ｔ、と等しくする。つまり、入
力抵抗器３４の抵抗値ＲＨとコンデンサ３５の容量ＣＭ
との積である時定数ＴＭをＴｐと等しくする。

このように構成されているから、差動回路２２の出力中
の直流分が高域通過濾波器３３により遮断され、同期検
波回路２６において軸回転周波数の雑音が発生すること
がない。

更に、高域通過濾波器３３の伝達関数Ｃ，（Ｓ）は（２
）式で表わされ、（１）式で示した圧電検出器１３゜１
４の伝達特性と同じ形式である。

Ｔ工Ｓ＋１ ＴＭ＝Ｃ１ｌ−Ｒ。

Ｒ８：入力抵抗器３４の抵抗値 ＣＨ：コンデンサ３５の容量 ＫＭ：比例定数 容量Ｃ８の温度係数が負で大きさが内部容量Ｃ２の温度
計数と等しく　、Ｔ、＝ＴＦであり、コンデンサ３５は
圧電検出器１３．１４と常に同一温度にあるため、圧電
検出器１３．１４における温度変化にもとすく利得と位
相との変化は、高域通過濾波器３３でこれと大きさが等
しく極性が逆の利得、位相が生じて打消され、高域通過
濾波器３３の出力は利得、位相とも温度変化の影響を受
けないものとなり、温度変化に影響されない角速度信号
が得られる。つまりスケールファクタ及びクロスカップ
リングの温度変化を補正することができる。

高域通過濾波器３３の時定数Ｔ、が、圧電検出器１３．
１４の時定数Ｔ、と等しく、かつその温度変化係数が等
しく、変化極性が逆極性であればよい。

従って第２図に示すように、コンデンサ３５をセンサエ
レクトロニクス部１９内に設け、コンデンサ３５として
容量が温度変化で変化が少ないものを用い、入力抵抗器
３４及び帰還抵抗器３７として負の感温抵抗素子、例え
ばサーミスタを用い、これらを圧電検出器１３．１４と
同一温度環境下に配置してもよい。帰還抵抗器３７も感
温抵抗素子とし、入力抵抗器３４と同一温度環境にする
のは濾波器３３の利得が温度変化により変化しないよう
にするためである。必要に応して入力抵抗器３４、帰還
抵抗器３７とそれぞれ直列又は並列に温度係数調整用抵
抗素子３４’、３７’を接続することもできる。このよ
うにしてＴ、ＩとＴ、とを等しくし、その温度変化係数
が等しく、変化極性を逆とすることができる。コンデン
サ３５、抵抗器３４．３７のすべてを温度変化で変化す
るものを用い、圧電検出器１３．１４と同一温度環境に
配し、ＴＨとＴ、とを等しくし、その温度変化係数が等
しく、変化極性が逆となるようにしてもよい。レートセ
ンサ部とセンサエレクトロニクス部が同一温度環境に置
かれる場合は、コンデンサ３５、抵抗器３４．３７はレ
ートセンサ内部に設置せず、センサエレクトロニクス部
内に設置してもよい。高域通過濾波器３３としては他の
形式のものも使用することができる。

［発明の効果ｊ 以上述べたようにこの発明によれば差動回路２２の出力
から高域通過濾波器３３で直流分を遮断するため、同期
検波回路２６で軸回転周波数の雑音が発生しない。この
結果、従来設けていたバイアス調整回路とバイアスの調
整を省くことができた。しかもこの高域通過濾波器３３
の時定数Ｔ８を圧電検出器１３．１４の温度変化と対応
させて変化させ、かつ時定数Ｔ□を圧電検出器１３．１
４の時定数Ｔ、と等しくし、その温度変化係数を等しく
、極性を逆としているため、スケールファクタ及びクロ
スカップリングの温度変化を補正することができる。こ
の補正により、レートセンサ部１１を一定温度に制御し
たり、レートセンサ部１１の温度を計測し、その計測値
にもとすき、マイクロプロセッサで補正計算する必要が
なく、使用温度範囲を広めることができる。　以上の結
果として小形、軽量、安価で広い使用温度範囲の二軸角
速度計が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
その他の例を示すブロック図、第３図は従来の二軸角速
度計を示すブロック図、第４図は圧電検出器の時定数の
変化による利得特性及び位相特性がそれぞれ変化する様
子を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸に直角に対称かつお互いに平行に一対の圧
   電検出器を取付け、その回転軸を回転させ、上記両圧電
   検出器の各出力の差を差動回路で取出し、上記回転軸の
   回転位置を示す９０度位相がずれた二つの基準信号によ
   り上記差動回路の出力を同期検波回路でそれぞれ検波し
   て、上記回転軸と直角な面内で回転軸と交差する直交し
   た二つの軸のまわりの角速度を検出する二軸角速度計に
   おいて、 上記差動回路と上記同期検波回路との間に直列に挿入さ
   れ、直流成分を遮断する高域通過濾波器が設けられ、 その高域通過濾波器の時定数決定素子の少くとも一部は
   上記圧電検出器とほぼ同一の温度環境に配置され、 上記高域通過濾波器の時定数が、上記圧電検出器の内部
   容量及び内部抵抗で決る時定数とほぼ等しく、かつその
   温度変化係数がほぼ等しく、逆極性とされている、 ことを特徴とする二軸角速度計。