JPH10185570A - 動揺計測装置 - Google Patents
動揺計測装置Info
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- JPH10185570A JPH10185570A JP8357030A JP35703096A JPH10185570A JP H10185570 A JPH10185570 A JP H10185570A JP 8357030 A JP8357030 A JP 8357030A JP 35703096 A JP35703096 A JP 35703096A JP H10185570 A JPH10185570 A JP H10185570A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動揺角や変位量を高精度で計測する。
【解決手段】 角速度をＡ−Ｄ変換手段３１でディジタ
ル信号に変換した後、積分フィルター２０，２１におい
て低周波の誤差成分を除去して動揺角を求める。
ル信号に変換した後、積分フィルター２０，２１におい
て低周波の誤差成分を除去して動揺角を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動揺計測装置に係
り、特に船体、浮体等の動揺による動揺角や変位量を求
めてヒービング量（上下動）を高精度に測定するための
ヒービング計測装置に関するものである。また、本発明
に係る動揺計測装置は、地震の加速度計から変位を計測
する場合にも使用することができる。
り、特に船体、浮体等の動揺による動揺角や変位量を求
めてヒービング量（上下動）を高精度に測定するための
ヒービング計測装置に関するものである。また、本発明
に係る動揺計測装置は、地震の加速度計から変位を計測
する場合にも使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロ−リング、ピッチング等を計測
する動揺計は、一般に機械式ジャイロで構成されてい
る。
する動揺計は、一般に機械式ジャイロで構成されてい
る。
【０００３】また角速度計を用いて、その出力である角
速度を積分し動揺角を測定する手法が知られている。
速度を積分し動揺角を測定する手法が知られている。
【０００４】また、従来のヒービング計測装置は、加速
度センサーをジンバル上に設置するなどして鉛直に保持
し、上下方向の加速度を２回積分することによりヒービ
ングを測定している。そして、ジンバルの振動を抑制す
るためジンバルを油等につけて制振させている。このヒ
ービング計測装置により得られる加速度には重力加速度
が含まれるため重力加速度の成分を除去する必要があ
る。
度センサーをジンバル上に設置するなどして鉛直に保持
し、上下方向の加速度を２回積分することによりヒービ
ングを測定している。そして、ジンバルの振動を抑制す
るためジンバルを油等につけて制振させている。このヒ
ービング計測装置により得られる加速度には重力加速度
が含まれるため重力加速度の成分を除去する必要があ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
機械式ジャイロによる動揺計は、ローターを高速回転さ
せる機構を有するため、定期的に軸受等を交換する必要
があり、体積的にも大型になってしまうという問題があ
る。
機械式ジャイロによる動揺計は、ローターを高速回転さ
せる機構を有するため、定期的に軸受等を交換する必要
があり、体積的にも大型になってしまうという問題があ
る。
【０００６】また、角速度計により動揺角を測定するも
のでは、角速度計からの出力に低周波の誤差成分（ドリ
フト等）を含んでいると、それが積分され発散してしま
い、高精度にリアルタイムに動揺角を測定することがで
きないという問題がある。
のでは、角速度計からの出力に低周波の誤差成分（ドリ
フト等）を含んでいると、それが積分され発散してしま
い、高精度にリアルタイムに動揺角を測定することがで
きないという問題がある。
【０００７】また、従来のヒービング計測装置では、ジ
ンバル上に加速度センサーを設置してヒービング測定す
ると、船体や浮体の動揺周期がジンバル自身の固有振動
周波数に近づいた場合、加速度センサーが発振する可能
性があり、上下方向の加速度が正確に得られない。そこ
で、従来のものはジンバルを油などにつけて粘性を与
え、制振するなどの方法により行っているが、応答性が
悪くなり高精度な加速度を測定することができない。
ンバル上に加速度センサーを設置してヒービング測定す
ると、船体や浮体の動揺周期がジンバル自身の固有振動
周波数に近づいた場合、加速度センサーが発振する可能
性があり、上下方向の加速度が正確に得られない。そこ
で、従来のものはジンバルを油などにつけて粘性を与
え、制振するなどの方法により行っているが、応答性が
悪くなり高精度な加速度を測定することができない。
【０００８】また加速度センサーが傾くことによって除
去すべき重力加速度が大きく変化すると、真の加速度よ
りも重力加速度のほうが大きいため真の加速度が得られ
ないという問題がある。
去すべき重力加速度が大きく変化すると、真の加速度よ
りも重力加速度のほうが大きいため真の加速度が得られ
ないという問題がある。
【０００９】本発明は、角速度センサーや加速度センサ
ーからの出力を高精度で積分し、動揺角や変位量を正確
に計測することができる動揺計測装置を提供することを
その目的とする。
ーからの出力を高精度で積分し、動揺角や変位量を正確
に計測することができる動揺計測装置を提供することを
その目的とする。
【００１０】また、本発明は、船体、浮体の傾きやジン
バル自身の固有振動周波数に影響されずにリアルタイム
で加速度センサーの傾きを補正してヒービング量を正確
に測定することのできる動揺計測装置を提供することを
その目的とする。
バル自身の固有振動周波数に影響されずにリアルタイム
で加速度センサーの傾きを補正してヒービング量を正確
に測定することのできる動揺計測装置を提供することを
その目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る動揺計測装
置は、動揺角又は変位量を計測する動揺計測装置であっ
て、加速度検出手段又は角速度検出手段からの出力信号
をディジタル信号に変換するディジタル変換手段と、前
記ディジタル変換手段からの出力に含まれる低周波の誤
差成分を除去するデジタル積分フィルターとを備えるよ
うにしたものである。
置は、動揺角又は変位量を計測する動揺計測装置であっ
て、加速度検出手段又は角速度検出手段からの出力信号
をディジタル信号に変換するディジタル変換手段と、前
記ディジタル変換手段からの出力に含まれる低周波の誤
差成分を除去するデジタル積分フィルターとを備えるよ
うにしたものである。
【００１２】また、本発明に係る動揺計測装置は、前記
デジタル積分フィルターの出力を該デジタル積分フィル
ターにフィードバックさせる手段を備えるようにしたも
のである。
デジタル積分フィルターの出力を該デジタル積分フィル
ターにフィードバックさせる手段を備えるようにしたも
のである。
【００１３】また、本発明に係る動揺計測装置は、前記
デジタル積分フィルターにおいて、下式に従ってｍ回積
分出力するようにしたものである。
デジタル積分フィルターにおいて、下式に従ってｍ回積
分出力するようにしたものである。
【数２】ただし、 ｎ：ループの数（積分回数以上
の数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素
の数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素
【００１４】更に、本発明に係る動揺計測装置は、前記
デジタル積分フィルターを、下式の伝達関数に従った低
周波カットフィルターの特性を有するように前記定数ｋ
1 〜ｋn を設定したものである。
デジタル積分フィルターを、下式の伝達関数に従った低
周波カットフィルターの特性を有するように前記定数ｋ
1 〜ｋn を設定したものである。
【数３】 ただし、 ｎ：ループの数（積分回数以上の数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の代表的な実施形態
を添付図面に従って説明する。図１乃至図５に示すヒー
ビング計測装置は、センサー部１とこのセンサー部１を
Ｘ軸−Ｙ軸回りに揺動可能に支持するジンバル機構２を
有している。
を添付図面に従って説明する。図１乃至図５に示すヒー
ビング計測装置は、センサー部１とこのセンサー部１を
Ｘ軸−Ｙ軸回りに揺動可能に支持するジンバル機構２を
有している。
【００１６】センサー部１は支持板３を有しており、こ
の支持板３の上面部にはＺ軸方向（上下方向）の変位量
を検出するための加速度検出手段としての加速度センサ
ー４が固定され、下面部には図２及び図３に示すよう
に、Ｘ軸方向の傾斜角を検出するための角速度検出手段
としてのジャイロセンサー５と、Ｙ軸方向の傾斜角を検
出するための角速度検出手段としてのジャイロセンサー
６が互いに直角となるように固定されている。ジャイロ
センサー５，６としては振動ジャイロ、光ジャイロ等の
既知のセンサーが使用できる。
の支持板３の上面部にはＺ軸方向（上下方向）の変位量
を検出するための加速度検出手段としての加速度センサ
ー４が固定され、下面部には図２及び図３に示すよう
に、Ｘ軸方向の傾斜角を検出するための角速度検出手段
としてのジャイロセンサー５と、Ｙ軸方向の傾斜角を検
出するための角速度検出手段としてのジャイロセンサー
６が互いに直角となるように固定されている。ジャイロ
センサー５，６としては振動ジャイロ、光ジャイロ等の
既知のセンサーが使用できる。
【００１７】上記ジンバル機構２は四方形の外枠１０と
内枠９を備えており、外枠１０のＹ軸方向の両端部には
軸受部１１，１１が固定され、外枠１０の四隅部にはそ
れぞれ脚部８が固定されている。また内枠９には図２及
び図３に示すように軸ピン１３，１３が外側に突出する
ように固定されており、これら軸ピン１３，１３が軸受
部１１，１１にベアリングを介して枢支されている。
内枠９を備えており、外枠１０のＹ軸方向の両端部には
軸受部１１，１１が固定され、外枠１０の四隅部にはそ
れぞれ脚部８が固定されている。また内枠９には図２及
び図３に示すように軸ピン１３，１３が外側に突出する
ように固定されており、これら軸ピン１３，１３が軸受
部１１，１１にベアリングを介して枢支されている。
【００１８】一方、前記支持板３にはＸ軸方向の両側部
に軸受部７，７が固定され、前記内枠９には軸ピン１
４，１４が内側に突出するように固定されており、この
軸ピン１４，１４が支持板３の軸受部７，７にベアリン
グを介して回動可能に枢支されている。なお、軸受部１
１，１１は外枠１０の対向する二辺の中央部に固定さ
れ、軸受部７，７は支持板３の軸受部１１，１１と直交
する方向の端縁中央部に固定されている。
に軸受部７，７が固定され、前記内枠９には軸ピン１
４，１４が内側に突出するように固定されており、この
軸ピン１４，１４が支持板３の軸受部７，７にベアリン
グを介して回動可能に枢支されている。なお、軸受部１
１，１１は外枠１０の対向する二辺の中央部に固定さ
れ、軸受部７，７は支持板３の軸受部１１，１１と直交
する方向の端縁中央部に固定されている。
【００１９】ジンバル機構２を上述のように構成するこ
とにより、加速度センサー４及びジャイロセンサー５，
６を固定した支持板３は、軸受部７，７を中心に内枠９
に対してＹ軸方向に揺動し、この内枠９は外枠１０の軸
受部１１，１１を中心にＸ軸方向に揺動する。外枠１０
は浮体の適所に固定されている。このため、浮体が揺動
しても支持板３はＸ軸−Ｙ軸方向に回動自在に揺動する
ため、支持板３に固定された加速度センサー４は常に垂
直になるように制御される。
とにより、加速度センサー４及びジャイロセンサー５，
６を固定した支持板３は、軸受部７，７を中心に内枠９
に対してＹ軸方向に揺動し、この内枠９は外枠１０の軸
受部１１，１１を中心にＸ軸方向に揺動する。外枠１０
は浮体の適所に固定されている。このため、浮体が揺動
しても支持板３はＸ軸−Ｙ軸方向に回動自在に揺動する
ため、支持板３に固定された加速度センサー４は常に垂
直になるように制御される。
【００２０】図６は前記加速度センサー４及びジャイロ
センサー５，６の出力信号の処理経路を示したブロック
図である。加速度センサー４からは浮体の上下方向の揺
動に伴う加速度が出力され、ジャイロセンサー５からは
浮体のＸ軸方向の揺動に伴う角速度が出力される。また
ジャイロセンサー６からは浮体のＹ軸方向の揺動に伴う
角速度が出力される。
センサー５，６の出力信号の処理経路を示したブロック
図である。加速度センサー４からは浮体の上下方向の揺
動に伴う加速度が出力され、ジャイロセンサー５からは
浮体のＸ軸方向の揺動に伴う角速度が出力される。また
ジャイロセンサー６からは浮体のＹ軸方向の揺動に伴う
角速度が出力される。
【００２１】ジャイロセンサー５で検出された角速度の
出力信号は、低周波の信号をカットオフして出力するＸ
軸傾斜角出力手段としての積分フィルタ２０において１
回積分された後、そのＸ軸回りの傾斜角度の信号が傾斜
補正手段としての傾き補正処理部２２に入力される。
出力信号は、低周波の信号をカットオフして出力するＸ
軸傾斜角出力手段としての積分フィルタ２０において１
回積分された後、そのＸ軸回りの傾斜角度の信号が傾斜
補正手段としての傾き補正処理部２２に入力される。
【００２２】同じようにジャイロセンサー６で検出され
た角速度はＹ軸傾斜角出力手段としての積分フィルター
２１で１回積分され、Ｙ軸回りの傾斜角度の出力信号と
して前記傾き補正処理部２２に入力される。
た角速度はＹ軸傾斜角出力手段としての積分フィルター
２１で１回積分され、Ｙ軸回りの傾斜角度の出力信号と
して前記傾き補正処理部２２に入力される。
【００２３】つまり、本発明に係るヒービング計測装置
は、ジンバル機構２の固有振動周波数を船舶、浮体等の
動揺周波数よりも高く設定する。したがって、このジン
バル機構２により船舶、浮体等の低い周波数の動揺成分
は補正される。すなわち、機械的な制御が行われる。
は、ジンバル機構２の固有振動周波数を船舶、浮体等の
動揺周波数よりも高く設定する。したがって、このジン
バル機構２により船舶、浮体等の低い周波数の動揺成分
は補正される。すなわち、機械的な制御が行われる。
【００２４】一方、積分フィルター２０、２１は、ジン
バル機構２により補正される低い周波数の動揺成分をこ
の積分フィルターで除去しようとすると、位相遅れが生
ずる恐れがある。そこで、本発明に係るヒービング計測
装置では、船舶、浮体等の低い周波数の動揺成分はジン
バル機構で補正を行い、高い周波数成分の補正は積分フ
ィルター２０、２１で行うことにより位相遅れのない補
正を行うようにしている。例えば、船舶、浮体等の動揺
周期が例えば１０秒であるとすると、ジンバルは１秒程
度の高い周波数で振動するように設定がなされる。この
ような設定は、適宜最適な値（周波数）で振動するよう
に設定がなされている。
バル機構２により補正される低い周波数の動揺成分をこ
の積分フィルターで除去しようとすると、位相遅れが生
ずる恐れがある。そこで、本発明に係るヒービング計測
装置では、船舶、浮体等の低い周波数の動揺成分はジン
バル機構で補正を行い、高い周波数成分の補正は積分フ
ィルター２０、２１で行うことにより位相遅れのない補
正を行うようにしている。例えば、船舶、浮体等の動揺
周期が例えば１０秒であるとすると、ジンバルは１秒程
度の高い周波数で振動するように設定がなされる。この
ような設定は、適宜最適な値（周波数）で振動するよう
に設定がなされている。
【００２５】一方、加速度センサー４で検出された加速
度の出力信号は、傾き補正処理部２２に入力され、前記
積分フィルター２０，２１からの入力されたＸ軸−Ｙ軸
の傾斜角をもとに以下の式に基づく演算処理がなされ、
加速度センサー４の傾きが補正される。
度の出力信号は、傾き補正処理部２２に入力され、前記
積分フィルター２０，２１からの入力されたＸ軸−Ｙ軸
の傾斜角をもとに以下の式に基づく演算処理がなされ、
加速度センサー４の傾きが補正される。
【００２６】
【数１】
【００２７】ただし、α：真の加速度 αm ：加速度センサーから得られる加速度 θA ：Ｘ軸傾斜角 θB ：Ｙ軸傾斜角 Ｇ：重力加速度
【００２８】傾き補正処理部２２で補正された加速度の
出力信号はヒービング量出力手段としての２回積分フィ
ルター２３において２回積分される。即ち、１回の積分
により速度変化が得られ、２回の積分によって変位量
（ヒービング量）が得られる。この２回積分フィルター
２３は直列に配列された２個の積分フィルターで構成し
てもよく、１個の積分フィルターに傾き補正処理部２２
からの出力信号を２回パスさせてもよい。積分フィルタ
ー２３の出力信号は例えばパーソナルコンピュータのモ
ニターに出力表示したり、測深機のデータ補正等に利用
される。
出力信号はヒービング量出力手段としての２回積分フィ
ルター２３において２回積分される。即ち、１回の積分
により速度変化が得られ、２回の積分によって変位量
（ヒービング量）が得られる。この２回積分フィルター
２３は直列に配列された２個の積分フィルターで構成し
てもよく、１個の積分フィルターに傾き補正処理部２２
からの出力信号を２回パスさせてもよい。積分フィルタ
ー２３の出力信号は例えばパーソナルコンピュータのモ
ニターに出力表示したり、測深機のデータ補正等に利用
される。
【００２９】ヒービング計測装置は、浮体の動揺に伴っ
て傾斜したとき、ジンバル機構２もその固有振動周波数
で振動する。しかし上述のように傾斜の補正が可能であ
るためジンバル機構を制振する必要がなく高精度な加速
度の測定が可能となる。またジンバル機構２の固有振動
周波数を船舶などの動揺の周波数より高く設定すること
により積分フィルター２０，２１の低周波カットオフを
低くし位相遅れのない補正が可能となり正確に加速度を
得ることができる。
て傾斜したとき、ジンバル機構２もその固有振動周波数
で振動する。しかし上述のように傾斜の補正が可能であ
るためジンバル機構を制振する必要がなく高精度な加速
度の測定が可能となる。またジンバル機構２の固有振動
周波数を船舶などの動揺の周波数より高く設定すること
により積分フィルター２０，２１の低周波カットオフを
低くし位相遅れのない補正が可能となり正確に加速度を
得ることができる。
【００３０】ところで、上記のような動揺計測装置とし
てのヒービング計測装置において、図６に示す積分フィ
ルター２０，２１及び２回積分フィルター２３を用いて
動揺角並びに変位量を得る具体的な構成並びに作用につ
いて図７乃至図９を用いて説明する。
てのヒービング計測装置において、図６に示す積分フィ
ルター２０，２１及び２回積分フィルター２３を用いて
動揺角並びに変位量を得る具体的な構成並びに作用につ
いて図７乃至図９を用いて説明する。
【００３１】図７は、本発明の積分フィルター２０、２
１を使用したジャイロセンサー５、６のブロック図であ
る。
１を使用したジャイロセンサー５、６のブロック図であ
る。
【００３２】振動ジャイロや光ジャイロ等のジャイロセ
ンサー５、６から出力されたアナログ信号は、Ａ−Ｄ変
換手段３１によりデジタル信号に変換される。このデジ
タル信号は、積分フィルター２０、２１において低周波
成分がカットオフされた後、Ｄ−Ａ変換手段３２におい
てアナログ信号に変換されて動揺角が表示される。積分
フィルター２０、２１の出力は、そのままディジタル信
号として取り出すことができるので、モニター等の表示
手段にアナログ信号に変換せずにそのまま入力表示する
ことも可能である。
ンサー５、６から出力されたアナログ信号は、Ａ−Ｄ変
換手段３１によりデジタル信号に変換される。このデジ
タル信号は、積分フィルター２０、２１において低周波
成分がカットオフされた後、Ｄ−Ａ変換手段３２におい
てアナログ信号に変換されて動揺角が表示される。積分
フィルター２０、２１の出力は、そのままディジタル信
号として取り出すことができるので、モニター等の表示
手段にアナログ信号に変換せずにそのまま入力表示する
ことも可能である。
【００３３】図８は、本発明の２回積分フィルター２３
を使用した加速度センサー４のブロック図であり、加速
度センサー４の出力は上述と同様にＡ−Ｄ変換手段３３
を介して２回積分フィルター２３において低周波成分が
カットオフされた後、Ｄ−Ａ変換手段３４を経て変位量
が測定される。この２回積分フィルター２３の出力も図
７と同様にそのままディジタル信号として取り出すこと
ができる。
を使用した加速度センサー４のブロック図であり、加速
度センサー４の出力は上述と同様にＡ−Ｄ変換手段３３
を介して２回積分フィルター２３において低周波成分が
カットオフされた後、Ｄ−Ａ変換手段３４を経て変位量
が測定される。この２回積分フィルター２３の出力も図
７と同様にそのままディジタル信号として取り出すこと
ができる。
【００３４】前記積分フィルター２０，２１若しくは２
回積分フィルター２３では、図９に示すようにＡ−Ｄ変
換手段３１，３３からの出力をフィードバックさせて積
分している（多重積分フィードバックル−プ）。これは
ジャイロセンサー５、６又は加速度センサー４の出力に
含まれる低周波の誤差成分を除去するためのものであ
り、多重積分フィードバックル−プ手法により積分する
ことによって、高周波成分が除去されて低周波成分が残
り、従って、フィードバックの成分は低周波成分とな
る。これは、積分フィルター（ローパスフィルターＬ．
Ｐ．Ｆ．）を通した信号は、低周波成分であるためこの
出力信号を更に入力に減算（フィードバック）すれば、
低周波を除去して積分することができる。
回積分フィルター２３では、図９に示すようにＡ−Ｄ変
換手段３１，３３からの出力をフィードバックさせて積
分している（多重積分フィードバックル−プ）。これは
ジャイロセンサー５、６又は加速度センサー４の出力に
含まれる低周波の誤差成分を除去するためのものであ
り、多重積分フィードバックル−プ手法により積分する
ことによって、高周波成分が除去されて低周波成分が残
り、従って、フィードバックの成分は低周波成分とな
る。これは、積分フィルター（ローパスフィルターＬ．
Ｐ．Ｆ．）を通した信号は、低周波成分であるためこの
出力信号を更に入力に減算（フィードバック）すれば、
低周波を除去して積分することができる。
【００３５】図９に示す多重フィードバックループは、
式（２）に置き換えることができる。ただし、式（２）
はｍ回積分出力を得る場合である。
式（２）に置き換えることができる。ただし、式（２）
はｍ回積分出力を得る場合である。
【００３６】
【数２】
【００３７】ただし、ｎ：ループの数（積分回数以上の
数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素 上記式（２）の伝達関数をもつデジタルフィルターをｓ
−ｚ変換すると、ＩＩＲ型のデジタル積分フィルターが
得られる。
数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素 上記式（２）の伝達関数をもつデジタルフィルターをｓ
−ｚ変換すると、ＩＩＲ型のデジタル積分フィルターが
得られる。
【００３８】上記式（２）を用いて、例えば５回積分フ
ィードバックを用いて２回積分を行う場合について説明
する。但し、ｎ＞ｍの関係にあり、ｎ＝５，ｍ＝２の場
合である。
ィードバックを用いて２回積分を行う場合について説明
する。但し、ｎ＞ｍの関係にあり、ｎ＝５，ｍ＝２の場
合である。
【００３９】この場合の伝達関数Ｈ（ｚ）は、次のよう
になる。すなわち、
になる。すなわち、
【００４０】Ｈ（ｚ）＝ｓ5-2 ／ｓ5 ＋ｋ1 ｓ4 ＋ｋ2
ｓ3 ＋ｋ3 ｓ2 ＋ｋ4 ｓ＋ｋ5
ｓ3 ＋ｋ3 ｓ2 ＋ｋ4 ｓ＋ｋ5
【００４１】上記伝達関数Ｈ（ｚ）は、分母は５次で分
子は３次である。従って、この伝達関数Ｈ（ｚ）全体の
次数は、１／ｓ2 と等しい。故に、Ｈ（ｚ）は２回積分
を行う。
子は３次である。従って、この伝達関数Ｈ（ｚ）全体の
次数は、１／ｓ2 と等しい。故に、Ｈ（ｚ）は２回積分
を行う。
【００４２】これをブロック線図で表すと、図１０に示
すようになる。図１０に示すように、点線部は、ｍ＝
１，３，４のときの出力を示している。
すようになる。図１０に示すように、点線部は、ｍ＝
１，３，４のときの出力を示している。
【００４３】上記のように多重フィードバック積分フィ
ルターを用いると、所望する積分回数より次数の高い積
分フィードバックを必要とする。
ルターを用いると、所望する積分回数より次数の高い積
分フィードバックを必要とする。
【００４４】しかして、前記定数ｋ1 , Ｋ2 〜ｋn の値
を正しく設定しておかないと発散するおそれがある。そ
こで、本発明では前記定数ｋ1 , Ｋ2 〜ｋn の値を正し
く設定することによって高精度の積分フィルターとして
いる。
を正しく設定しておかないと発散するおそれがある。そ
こで、本発明では前記定数ｋ1 , Ｋ2 〜ｋn の値を正し
く設定することによって高精度の積分フィルターとして
いる。
【００４５】これは次のようにして求める。即ち、上記
（２）式の分子のｍをｍ＝０とすると、下式（３）の伝
達関数が得られる。これが低周波カットフィルターとな
るように定数ｋ1 ，ｋ2 〜ｋn を決定する。この定数は
既に知られたものが用いられる。例えばバターワースや
チェビシェフの低周波カットフィルターは定数ｋ1 ，Ｋ
2 〜ｋn が知られている。
（２）式の分子のｍをｍ＝０とすると、下式（３）の伝
達関数が得られる。これが低周波カットフィルターとな
るように定数ｋ1 ，ｋ2 〜ｋn を決定する。この定数は
既に知られたものが用いられる。例えばバターワースや
チェビシェフの低周波カットフィルターは定数ｋ1 ，Ｋ
2 〜ｋn が知られている。
【００４６】
【数３】
【００４７】ただし、ｎ：ループの数（積分回数以上の
数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素
数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素
【００４８】このように、ｍ回積分の安定フィルター
は、既に知られているｎ次の低周波カットフィルターの
分子をｓm で除し、ｓn-m とした伝達係数のＩＩＲ型フ
ィルターとすることにより安定なｍ回積分のフィルター
となる。
は、既に知られているｎ次の低周波カットフィルターの
分子をｓm で除し、ｓn-m とした伝達係数のＩＩＲ型フ
ィルターとすることにより安定なｍ回積分のフィルター
となる。
【００４９】前記した伝達関数Ｈ（ｚ）をｍ＝０とした
場合についてこれをブロック線図で示したものが図１１
である。
場合についてこれをブロック線図で示したものが図１１
である。
【００５０】具体例として、バターワースの低周波カッ
トフィルターの定数を用いて１回積分のフィルターを求
めた例を表１に、同じく２回積分のフィルターを求めた
例を表２に示す。ここで、ωc は低周波カット周波数
で、センサー精度等により決まる。高精度なものほどω
c が低く設定できる。
トフィルターの定数を用いて１回積分のフィルターを求
めた例を表１に、同じく２回積分のフィルターを求めた
例を表２に示す。ここで、ωc は低周波カット周波数
で、センサー精度等により決まる。高精度なものほどω
c が低く設定できる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】上記実施例のように例えば２回積分のフィ
ルターは、表２のような積分フルターで作成できるが、
表１に示す１回積分のフィルターを２回通過させてもよ
い。従って、ｍ回積分のフィルターは、１個のｍ回積分
フィルターを使う以外、各種の組み合わせでも作成する
ことができる。
ルターは、表２のような積分フルターで作成できるが、
表１に示す１回積分のフィルターを２回通過させてもよ
い。従って、ｍ回積分のフィルターは、１個のｍ回積分
フィルターを使う以外、各種の組み合わせでも作成する
ことができる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、角速度セ
ンサーや加速度センサーからの出力を高精度で積分し、
動揺角や変位量を正確に計測することができる。
ンサーや加速度センサーからの出力を高精度で積分し、
動揺角や変位量を正確に計測することができる。
【００５５】また、本発明によれば、船体、浮体の傾き
やジンバル自身の固有振動周波数に影響されずにリアル
タイムで加速度センサーの傾きを補正してヒービング量
を正確に測定することのできる。
やジンバル自身の固有振動周波数に影響されずにリアル
タイムで加速度センサーの傾きを補正してヒービング量
を正確に測定することのできる。
【００５６】更に、本発明によれば、従来の機械式ジャ
イロに比べ、小型で可動部がないため軸受の交換が不要
であり、メンテナンスの安価な動揺計測装置が製作でき
る。また、加速度センサーから動揺変位を求めることも
リアルタイムに高精度で実施できる。なお、本発明は加
速度センサーを用いる地震計の地盤変動速度、地盤変位
の計測にも用いることができる。
イロに比べ、小型で可動部がないため軸受の交換が不要
であり、メンテナンスの安価な動揺計測装置が製作でき
る。また、加速度センサーから動揺変位を求めることも
リアルタイムに高精度で実施できる。なお、本発明は加
速度センサーを用いる地震計の地盤変動速度、地盤変位
の計測にも用いることができる。
【図１】図１は、本発明に係る動揺計測装置としてのヒ
ービング計測装置の実施態様を示す斜視図である。
ービング計測装置の実施態様を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る動揺計測装置としてのヒ
ービング計測装置の実施態様を示す平面図である。
ービング計測装置の実施態様を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明に係る動揺計測装置としてのヒ
ービング計測装置の実施態様を示す底面図である。
ービング計測装置の実施態様を示す底面図である。
【図４】図４は、本発明に係る動揺計測装置としてのヒ
ービング計測装置の実施態様を示す正面図である。
ービング計測装置の実施態様を示す正面図である。
【図５】図５は、本発明に係る動揺計測装置としてのヒ
ービング計測装置の実施態様を示す側面図である。
ービング計測装置の実施態様を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明に係る動揺計測装置としてのヒ
ービング計測装置の各センサーからの出力信号の処理経
路を示すブロック図である。
ービング計測装置の各センサーからの出力信号の処理経
路を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明に係る積分フィルターを使用し
た動揺計測装置のブロック図である。
た動揺計測装置のブロック図である。
【図８】図８は、本発明に係る２回積分フィルターを使
用した動揺計測装置のブロック図である。
用した動揺計測装置のブロック図である。
【図９】図９は、本発明に係る多重フィードバック積分
フィルターのブロック線図である。
フィルターのブロック線図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る多重フィードバック
積分フィルターのブロック線図である。
積分フィルターのブロック線図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る多重フィードバック
積分フィルターのブロック線図である。
積分フィルターのブロック線図である。
１ センサー部 ２ ジンバル機構 ３ 支持板 ４ 加速度センサー（加速度検出手段） ５ Ｘ軸ジャイロセンサー（角速度検出手段） ６ Ｙ軸シャイロセンサー（角速度検出手段） ７ 軸受部 ８ 脚部 ９ 内枠 １０ 外枠 １１ 軸受部 １３ 軸ピン １４ 軸ピン ２０ 積分フィルター（傾斜角出力手段） ２１ 積分フィルター（傾斜角出力手段） ２２ 傾き補正処理部（傾斜補正手段） ２３ 積分フィルター（ヒービング量出力手段） ３１，３３ Ａ−Ｄ変換手段 ３２，３４ Ｄ−Ａ変換手段
Claims (4)
- 【請求項１】 動揺角又は変位量を計測する動揺計測装
置であって、 加速度検出手段又は角速度検出手段からの出力信号をデ
ィジタル信号に変換するディジタル変換手段と、 前記ディジタル変換手段からの出力に含まれる低周波の
誤差成分を除去するデジタル積分フィルターとを備えた
ことを特徴とする動揺計測装置。 - 【請求項２】 前記デジタル積分フィルターの出力を該
デジタル積分フィルターにフィードバックさせる手段を
備えたことを特徴とする請求項１に記載の動揺計測装
置。 - 【請求項３】 前記デジタル積分フィルターにおいて、
下式に従ってｍ回積分出力するようにしたことを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の動揺計測装置。 【数２】 ただし、 ｎ：ループの数（積分回数以上の数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素 - 【請求項４】 前記デジタル積分フィルターを、下式の
伝達関数に従った低周波カットフィルターの特性を有す
るように前記定数ｋ1 〜ｋn を設定したことを特徴とす
る請求項３に記載の動揺計測装置。 【数３】 ただし、 ｎ：ループの数（積分回数以上の数） ｋ1 〜ｋn ：定数 ｓ：ラプラス演算子 ｓn ：ｎ回の微分要素 １／ｓn ：ｎ回の積分要素
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8357030A JPH10185570A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 動揺計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8357030A JPH10185570A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 動揺計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10185570A true JPH10185570A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18452024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8357030A Pending JPH10185570A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 動揺計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10185570A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003093566A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-02 | Microstone Corp | 運動識別方法および運動センシングモジュール |
| CN108645405A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-12 | 浙江大学 | 一种光学陀螺与加速度计高度融合的惯性传感单元 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP8357030A patent/JPH10185570A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003093566A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-02 | Microstone Corp | 運動識別方法および運動センシングモジュール |
| CN108645405A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-12 | 浙江大学 | 一种光学陀螺与加速度计高度融合的惯性传感单元 |
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