用語集

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用語集は、Silicon Sensing製品を説明するすべてのパンフレット、データシート、仕様で使用されている仕様用語の定義とその説明をまとめる、便利な資料です。

アランバリアンス

アランバリアンスのグラフは慣性センサの出力の時間積分値をその積分時間で除した期待値をプロットしたものです。
特にジャイロセンサの場合、積分して角度を求めるという使い方が多いので、以下の説明はジャイロセンサの場合について記述します。

アランバリアンスの測定は、ジャイロセンサを安定した状態(角速度の入力が無く、温度変化もない状態)で、長時間センサ出力をモニタすることで行います。
このデータより、積算時間を変えながらプロットするとデータシートに書かれるような「バスタブ」に似たアランバリアンスの図が得られます。
このアランバリアンスの図から、積算時間に応じた角度誤差(期待値)を読み取ることができます。
なお、積算時間が短ければ、ノイズが、長ければバイアス安定性が支配的になり、積算時間が1秒の位置がAngle Random Walk(ホワイトノイズ)、バスタブの最下点がBIAS Instability(バイアス安定性)と定義されています。
シリコンセンシングの場合、Angle Random Walkは、アランバリアンスプロットにおけるτ=1sの時の値を60で除した値、BIAS Instabilityは最下点の値を0.664で除した値を使っています。
(弊社と同じ方法で算出していないメーカーもありますので、ご注意願います。)
たとえば、τ=1の時のσ値が30deg/hで、かつτ=100sの位置でグラフが最下点を示しており、そのσ値が5deg/hとなっているグラフの場合、
Angle Random Walk  = 30deg/h÷60 = 0.5deg/√h
BIAS Instability = 5deg/h÷0.664  = 7.5deg/h
となります。
次に角度の期待値をどのように読み取るかですが、たとえば積算時間が100秒の位置で、その時のアランバリアンスの値が5deg/hであった場合、100秒間積分して角度を求めた角度誤差の期待値が5(deg/h)×1/3600×100(s) ≒ 0.14(deg)となります。
なお、アランバリアンスの測定は、測定環境・測定設備・測定条件によって影響されますので、これらの状態によってデータシートに記載される特性が得られない場合もあります。

アングルランダムウォーク (ARW)

アングルランダムウォークはジャイロセンサのノイズを表す尺度で、単位は°/√hまたは°/√sとなります。静止状態にあるジャイロの出力を、時間を追って積分した結果のノイズに因る変動(すなわち標準偏差)として捉えることが可能です。

角速度レンジ/フル動作レンジ

最高性能を実現するジャイロスコープに適用できる最大入力角速度です。 入力角速度がこの点を超えると、ジャイロスコープの出力が歪んだり、飽和したりする可能性があります。 角速度レンジの単位は通常、1秒あたりの角度、つまり°/s です。 通常、フル動作レンジは角速度レンジの2倍であることに注意してください。 たとえば、動作レンジが +/-100°/s のジャイロスコープの場合、フル動作レンジは200 °/sになります。

バイアス(BIAS)

慣性センサに角速度および加速度の入力が無い状態に設置されたときの、出力値のことをバイアス(もしくはバイアスエラー)と言います。
世界で最高精度のジャイロセンサでもバイアスがあります。(ここでも古い格言が当てはまります – 「支払った金額の価値が得られる」)。バイアスはそのような誤差の一つです。バイアスは電圧やフルスケール出力の割合として表されることもありますが、基本的には°/sで表されます。。繰り返しますが、完璧な世界では、固定バイアス誤差を考慮に入れることができます。 残念ながら、バイアス誤差は温度と時間の経過の両方によって変化する傾向があります。 ジャイロのバイアス誤差は、次のようなさまざまな要素によって発生します。
– キャリブレーションエラー
-電源投入時の安定性
-バイアスドリフト
-温度によるバイアス変動によるバイアスの変動、
-衝撃による影響(gレベル)
個別のバイアス測定もノイズに影響を受けるため、バイアス測定は平均化された測定値で表されます。
ジャイロセンサのバイアス性能を表す効果的な手段として、アランバリアンスがあげられます。

バイアスドリフト(Bias Drift)

慣性センサに電源の供給を開始すると、自己発熱によって引き起こされるバイアス変化があり、電源投入直後に大きく発生し、その後は徐々におさまっていきます。
およそ5~10分程度でバイアス変化の量は、観測が困難なほど小さな値となり、その状態が保持されます。
なお、ドリフトレートという用語がありますが、これとは異なりますので、ご注意ください。

バイアスインスタビリティ (Bias Instability)

バイアスインスタビリティはジャイロセンサの良さ(高精度の度合い)を示す基本的な尺度です。これは、アラン分散の最小値で定義され、通常、°/hで表されます。
数値が小さいほど、高性能なジャイロセンサであると言えます。
アランバリンアスの説明文中を参照のほどお願いします。

温度によるバイアスの変動(Bias variation over temperature)

温度効果に基づく「バイアスドリフト」も参照してください。
バイアスのうち温度によって引き起こされるファクタになります。
シリコンセンシングの慣性センサは、センサ自身で温度補正機能を保有していますが、温度変化によりバイアス変化が0ではありません。そのため、基準温度におけるバイアス量を0としたときに、温度変化によって発生するバイアスの変化量(幅)をデータシートで定義しています。
なお、いくつかのセンサは内部の温度センサ出力を有しており、アプリケーションの方でさらなる温度補正ができるようにしています。

スケールファクタ(Scale Factor)

慣性センサに、角速度(もしくは加速度)の入力を与えたときに、出力が変化する割合になり、入力される角速度(もしくは加速度)の条件をいくつか選び、それらの条件における出力値から、最小2乗法によって求められる直線(ベストフィットライン)の傾きがスケールファクタになります。角速度が検出された場合に何ボルト(またはビット)で出力されるかの値となります。これは、ジャイロセンサの指定されたダイナミックレンジ全体および室温(20℃または23℃を使用)で、入力レートに対する予想されるジャイロセンサ出力を記述するグラフ上の点を通る最適な直線の勾配を測定するものです。アナログ出力のジャイロセンサにおいては、°/sあたりのボルト数で出力されます。。たとえば、CRH03 -100ジャイロのスケールファクタは1°/sあたり20mVです。したがって、その出力は静止状態の2.5Vから始まり、正の回転が1°/sにつき20mVずつ最大100°/sまで増加し、負の方向の回転においても同様です。

スケールファクタ設定誤差(Scale factor setting error)

これは、固定温度(通常は室温または23℃)でのジャイロセンサのフルスケールレートに対して、測定されたスケールファクタと公称スケールファクタとの差異を割ったものです。 商業用ジャイロセンサは通常、この温度で調整されるため、これを「設定誤差」と称します。 この「設定誤差」はパーセントまたは百万分の一(PPM)で表現されます。 なお、10,000ppmは1%に相当します。

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