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JPH08110225A - Tilt angle measuring device - Google Patents

Tilt angle measuring device

Info

Publication number
JPH08110225A
JPH08110225A JP6245945A JP24594594A JPH08110225A JP H08110225 A JPH08110225 A JP H08110225A JP 6245945 A JP6245945 A JP 6245945A JP 24594594 A JP24594594 A JP 24594594A JP H08110225 A JPH08110225 A JP H08110225A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tilt angle
angle sensor
pass filter
signal
angular velocity
Prior art date
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Granted
Application number
JP6245945A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2926140B2 (en
Inventor
Shigeyuki Ogata
成行 緒方
Noriaki Hitosugi
則昭 一杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority to JP6245945A priority Critical patent/JP2926140B2/en
Publication of JPH08110225A publication Critical patent/JPH08110225A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2926140B2 publication Critical patent/JP2926140B2/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動が与えられても振動に伴なって混入する
ノイズ成分を除去すると共に、角速度計が持つバイアス
電圧を除去し、安定してしかも精度のよい傾斜角信号を
得ることができる傾斜角度測定装置を提供する。 【構成】 加速度計又は傾斜計によって構成される第1
傾斜角センサ11と、この第1傾斜角センサから出力さ
れる角度信号に重畳するノイズ成分を除去するローパス
フィルタ13と、角速度計によって構成した第2傾斜角
センサ21と、この第2傾斜角センサから発生するバイ
アス電圧を除去するハイパスフィルタ23と、このハイ
パスフィルタの出力を積分して角度信号に変換する積分
器25と、ローパスフィルタと積分器の出力を加算する
加算器15とによって構成する。
(57) [Abstract] [Purpose] Even when vibration is applied, the noise component mixed with the vibration is removed, and the bias voltage of the gyro is removed to obtain a stable and accurate tilt angle signal. An inclination angle measuring device that can be obtained is provided. [Structure] First composed of accelerometer or inclinometer
The tilt angle sensor 11, the low-pass filter 13 that removes noise components that are superimposed on the angle signal output from the first tilt angle sensor, the second tilt angle sensor 21 including an angular velocity meter, and the second tilt angle sensor. The high pass filter 23 removes the bias voltage generated from the high pass filter, the integrator 25 that integrates the output of the high pass filter to convert it into an angle signal, and the adder 15 that adds the outputs of the low pass filter and the integrator.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は例えば建設機械のよう
に振動の激しい機器の傾斜角度を検出することに用いる
ことができる傾斜角度測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tilt angle measuring device which can be used for detecting the tilt angle of a device having a strong vibration such as a construction machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば杭打機のような建設機械では自己
の姿勢を地面に対して鉛直に維持することが要求され
る。このような場合に傾斜角度測定装置が搭載され、機
械の姿勢つまり、傾斜角度を計測し、その計測結果を利
用して姿勢制御を実現している。図4及び図6に従来の
傾斜角度測定装置の構成を示す。
2. Description of the Related Art For example, a construction machine such as a pile driver is required to maintain its posture vertical to the ground. In such a case, the tilt angle measuring device is mounted, the posture of the machine, that is, the tilt angle is measured, and the posture control is realized by using the measurement result. 4 and 6 show the structure of a conventional inclination angle measuring device.

【0003】図4に示す1は傾斜角センサを示す。傾斜
角センサ1は例えば振子とポテンショメータの組合せ等
によって構成することができる傾斜計、又は重りと荷重
センサとの組合せで構成することができる加速度計によ
って構成する。傾斜角センサ1で検出した角度信号2
(図5A)はローパスフィルタ3を通じて図5Bに示す
角度信号4として取出され、出力端子5から出力され
る。ローパスフィルタ3は搭載している機械の振動によ
って発生する図5Aに示すノイズ成分Noiseを除去
するために挿入される。
Reference numeral 1 shown in FIG. 4 indicates a tilt angle sensor. The tilt angle sensor 1 is configured by, for example, an inclinometer that can be configured by a combination of a pendulum and a potentiometer, or an accelerometer that can be configured by a combination of a weight and a load sensor. Angle signal 2 detected by tilt angle sensor 1
(FIG. 5A) is taken out as the angle signal 4 shown in FIG. 5B through the low pass filter 3 and is output from the output terminal 5. The low-pass filter 3 is inserted to remove the noise component Noise shown in FIG. 5A generated by the vibration of the mounted machine.

【0004】図6は傾斜角センサ1として角速度計を利
用した場合を示す。角速度計としては例えば光ファイバ
をコイル状に巻回し、この光ファイバコイルに右廻り光
及び左廻り光を通し、光ファイバコイルにコイルの周方
向に回転入力が与えられることにより右廻り光及び左廻
り光に位相差が発生することを検出して回転角速度を検
出する構造とした角速度計を利用することができる。
FIG. 6 shows a case where an angular velocity meter is used as the tilt angle sensor 1. As an angular velocity meter, for example, an optical fiber is wound in a coil shape, right-handed light and left-handed light are passed through the optical fiber coil, and a clockwise input and a left-handed light are provided by applying a rotation input to the optical fiber coil in the circumferential direction of the coil. An angular velocimeter having a structure that detects the occurrence of a phase difference in the surrounding light and detects the rotational angular velocity can be used.

【0005】従ってこの図6の場合には傾斜角センサ1
の出力信号は図7Aに示す角速度信号6が出力される。
この角速度信号6は積分器7に入力され、積分器7で積
分することにより、図7Bに示す角度信号8に変換さ
れ、出力端子5から角度信号8を出力する。
Therefore, in the case of FIG. 6, the inclination angle sensor 1
The output signal is the angular velocity signal 6 shown in FIG. 7A.
The angular velocity signal 6 is input to the integrator 7 and converted by the integrator 7 into the angle signal 8 shown in FIG. 7B, and the angle signal 8 is output from the output terminal 5.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図4に示した例では傾
斜角センサ1が出力する角度信号2に重畳するノイズ成
分Noiseを除去するために、ローパスフィルタ3を
使用している。ローパスフィルタ3によってノイズ成分
Noiseを除去するのに伴なって角度信号4には図5
Bに示すように遅れ時間τが生じ、この遅れ時間τのた
めに例えば姿勢制御の応答性が悪くなる不都合が生じ
る。
In the example shown in FIG. 4, the low-pass filter 3 is used to remove the noise component Noise superimposed on the angle signal 2 output from the tilt angle sensor 1. As the noise component Noise is removed by the low-pass filter 3, the angle signal 4 is shown in FIG.
As shown in B, a delay time τ occurs, and due to this delay time τ, for example, the responsiveness of attitude control deteriorates.

【0007】一方、図6に示した例のように傾斜角セン
サ1に角速度計を利用した場合には、角速度信号6には
図7Aに示すようにバイアス電圧9を含むから、このバ
イアス電圧9が積分器7で積分されてしまい、図7Bに
示すように時間の経過に従って漸次角度信号8が増加又
は減少方向に変化してしまう不都合が生じる。この発明
の目的は、これらの不都合を一掃し、角度信号に遅れが
生じることがなく、然もバイアス電圧9によって角度信
号が一方的に増加乃至は減少する方向に変化してしまう
ことがない傾斜角度測定装置を提供しようとするもので
ある。
On the other hand, when an angular velocity meter is used for the tilt angle sensor 1 as in the example shown in FIG. 6, the angular velocity signal 6 includes a bias voltage 9 as shown in FIG. 7A. Is integrated by the integrator 7, and as shown in FIG. 7B, the angle signal 8 gradually changes in the increasing or decreasing direction with the passage of time. An object of the present invention is to eliminate these disadvantages, to prevent a delay in the angle signal, and to prevent the angle signal from unilaterally increasing or decreasing by the bias voltage 9. It is intended to provide an angle measuring device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明では第1傾斜角
センサと第2傾斜角センサを設ける。第1傾斜角センサ
は加速度計又は傾斜計によって構成する。また第2傾斜
角センサは角速度計によって構成する。第1傾斜角セン
サが出力する角度信号をローパスフィルタに与え、この
角度信号に重畳する振動によって発生するノイズ成分を
除去する。
According to the present invention, a first tilt angle sensor and a second tilt angle sensor are provided. The first tilt angle sensor includes an accelerometer or an inclinometer. The second tilt angle sensor is composed of an angular velocity meter. The angle signal output from the first tilt angle sensor is given to the low-pass filter, and the noise component generated by the vibration superimposed on this angle signal is removed.

【0009】他方、第2傾斜角センサから出力される角
速度信号は所定の周波数以下(ノイズ成分の周波数を含
む)の信号の通過を阻止するハイパスフィルタに与え、
ハイパスフィルタの出力を積分器で積分して角度信号に
変換する。この角度信号とローパスフィルタから出力さ
れる角度信号を加算器で加算することにより、傾斜角の
変化に対して遅延のないタイミングで変化する角度信号
を得ることができる。無論この角度信号には与えられた
振動によって発生するノイズ成分及び、角速度計が発生
するバイアス電圧により、角度信号が増加方向又は減少
方向に一方的に変化するドリフトを含むことはない。よ
って安定した傾斜角信号を得ることができる。
On the other hand, the angular velocity signal output from the second tilt angle sensor is given to a high-pass filter which blocks passage of signals of a predetermined frequency or lower (including the frequency of the noise component),
The output of the high pass filter is integrated by an integrator and converted into an angle signal. By adding this angle signal and the angle signal output from the low-pass filter by the adder, it is possible to obtain an angle signal that changes at a timing without delay with respect to the change in the tilt angle. Of course, the angle signal does not include a noise component generated by the applied vibration and a drift that causes the angle signal to unilaterally increase or decrease due to the bias voltage generated by the gyro. Therefore, a stable tilt angle signal can be obtained.

【0010】[0010]

【実施例】図1にこの発明の一実施例を示す。この発明
では第1傾斜角センサ11と、第2傾斜角センサ21を
設ける。第1傾斜角センサ11は加速度計又は傾斜計を
用いる。また第2傾斜角センサ21は図6で説明したよ
うな角速度計を用いる。第1傾斜角センサ11と第2傾
斜角センサ21は図2に示すように基台28に搭載す
る。つまり、第1傾斜角センサ11の傾斜感知方向X
と、第2傾斜角センサ21の入力回転面Ωを平行する平
面に存在するように配置する。このように配置すると、
図2に示すように基台28が例えば時計廻り方向にα°
傾斜したとすると、第1傾斜角センサ11と第2傾斜角
センサ21から角度信号12と角速度信号22が出力さ
れる。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the present invention, the first tilt angle sensor 11 and the second tilt angle sensor 21 are provided. The first tilt angle sensor 11 uses an accelerometer or an inclinometer. The second tilt angle sensor 21 uses the angular velocity meter as described with reference to FIG. The first tilt angle sensor 11 and the second tilt angle sensor 21 are mounted on a base 28 as shown in FIG. That is, the tilt sensing direction X of the first tilt angle sensor 11
Then, the input rotation surface Ω of the second tilt angle sensor 21 is arranged so as to exist in parallel planes. When placed in this way,
As shown in FIG. 2, the base 28 is, for example, α ° in the clockwise direction.
If tilted, the angle signal 12 and the angular velocity signal 22 are output from the first tilt angle sensor 11 and the second tilt angle sensor 21.

【0011】第1傾斜角センサ11から出力される角度
信号12には図4で説明したと同様に、図2に示す振動
29が基台28に与えられることによって発生するノイ
ズ成分Noiseが重畳する。このノイズ成分をローパ
スフィルタ13で除去し、加算器15に入力する。加算
器15に入力される角度信号14はノイズ成分Nois
eが除去される代りに、図3Bに示すように遅延時間τ
を持つ。
A noise component Noise generated when the vibration 29 shown in FIG. 2 is applied to the base 28 is superimposed on the angle signal 12 output from the first tilt angle sensor 11, as described with reference to FIG. . This noise component is removed by the low pass filter 13 and input to the adder 15. The angle signal 14 input to the adder 15 is a noise component Nois.
Instead of removing e, as shown in FIG.
have.

【0012】一方第2傾斜角センサ21からは図3Cに
示す角速度信号22が出力される。この角速度信号22
には振動29に伴なうノイズ成分を含まない。つまり、
振動29は第2傾斜角センサ21の入力回転Ωに対して
平行移動を与えるだけであるから振動29が与えられて
も、その応答信号は出力されない。従って第2傾斜角セ
ンサ21の角速度信号22は図3Cに示すような信号と
なる。尚、角速度信号22が存在しない時点では角速度
計のバイアス電圧9が出力される。
On the other hand, the second inclination angle sensor 21 outputs an angular velocity signal 22 shown in FIG. 3C. This angular velocity signal 22
Does not include a noise component associated with the vibration 29. That is,
Since the vibration 29 only gives parallel movement to the input rotation Ω of the second tilt angle sensor 21, even if the vibration 29 is given, its response signal is not output. Therefore, the angular velocity signal 22 of the second tilt angle sensor 21 becomes a signal as shown in FIG. 3C. When the angular velocity signal 22 does not exist, the bias voltage 9 of the angular velocity meter is output.

【0013】このバイアス電圧9を所定の周波数以下の
信号成分を除去するハイパスフィルタ23で除去し、図
3Dに示す角速度信号24を得る。この角速度信号24
を積分器25(又はローパスフィルタでもよい)で積分
することにより、図3Eに示す角度信号26に変換す
る。この角度信号26とローパスフィルタ13で得られ
た角度信号14を加算器15で加算することにより、出
力端子30に図3Fに示す傾斜角信号27を得ることが
できる。この傾斜角信号27は図3Bに示した角度信号
22の遅延時間τを除去し、遅れのない角度信号とな
る。
The bias voltage 9 is removed by a high-pass filter 23 which removes signal components below a predetermined frequency, and an angular velocity signal 24 shown in FIG. 3D is obtained. This angular velocity signal 24
Is integrated by an integrator 25 (or may be a low-pass filter) to convert into an angle signal 26 shown in FIG. 3E. By adding the angle signal 26 and the angle signal 14 obtained by the low-pass filter 13 by the adder 15, the tilt angle signal 27 shown in FIG. 3F can be obtained at the output terminal 30. This tilt angle signal 27 becomes the angle signal without delay by removing the delay time τ of the angle signal 22 shown in FIG. 3B.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
振動29によるノイズ成分Noise及び角速度計が持
つバイアス電圧9による誤差の発生を除去した安定した
傾斜角信号27を得ることができる。従って振動の激し
い例えば建設機械等に適用することにより正しい傾斜角
を測定することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain the stable tilt angle signal 27 in which the noise component Noise caused by the vibration 29 and the error caused by the bias voltage 9 of the angular velocity meter are eliminated. Therefore, the correct tilt angle can be measured by applying it to a construction machine or the like where vibration is severe.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例を説明するためのブロック
図。
FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】この発明に用いる第1及び第2傾斜角センサの
配置状況を説明するための側面図。
FIG. 2 is a side view for explaining the arrangement of first and second tilt angle sensors used in the present invention.

【図3】図1に示した実施例の動作を説明するための波
形図。
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG.

【図4】従来の技術を説明するためのブロック図。FIG. 4 is a block diagram for explaining a conventional technique.

【図5】図4の動作を説明するための波形図。FIG. 5 is a waveform chart for explaining the operation of FIG. 4;

【図6】従来の技術の他の例を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing another example of the conventional technique.

【図7】図6の動作を説明するための波形図。7 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第1傾斜角センサ 13 ローパスフィルタ 15 加算器 21 第2傾斜角センサ 23 ハイパスフィルタ 25 積分器 11 First Tilt Angle Sensor 13 Low Pass Filter 15 Adder 21 Second Tilt Angle Sensor 23 High Pass Filter 25 Integrator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 A.加速度計又は傾斜計によって構成さ
れる第1傾斜角センサと、 B.この傾斜角センサから出力される傾斜角信号から振
動成分を除去するためのローパスフィルタと、 C.上記第1傾斜角センサの被測定傾斜方向と平行する
面内の回転加速度を検出する角速度計によって構成した
第2傾斜角センサと、 D.この第2傾斜角センサの計測出力から所定周波数以
下の変動信号を除去するハイパスフィルタと、 E.このハイパスフィルタから得られる角速度信号を積
分する積分器と、 F.この積分器の積分出力と上記ローパスフィルタの出
力とを加算する加算器と、によって構成したことを特徴
とする傾斜角度測定装置。
1. A. First Embodiment A first tilt angle sensor composed of an accelerometer or an inclinometer, and B. A low-pass filter for removing a vibration component from the tilt angle signal output from the tilt angle sensor; A second tilt angle sensor configured by an angular velocity meter that detects rotational acceleration in a plane parallel to the measured tilt direction of the first tilt angle sensor; A high-pass filter that removes a fluctuation signal having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency from the measurement output of the second tilt angle sensor; An integrator that integrates an angular velocity signal obtained from this high-pass filter, and F. A tilt angle measuring device comprising an adder for adding the integrated output of the integrator and the output of the low-pass filter.
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