JP2001021362A - クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロ - Google Patents
クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロInfo
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- JP2001021362A JP2001021362A JP11197243A JP19724399A JP2001021362A JP 2001021362 A JP2001021362 A JP 2001021362A JP 11197243 A JP11197243 A JP 11197243A JP 19724399 A JP19724399 A JP 19724399A JP 2001021362 A JP2001021362 A JP 2001021362A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スケールファクタを改善したリング共振型振
動ジャイロを提供する。 【解決手段】 リング状振動体８０、リング状振動体８
０の基準点から周方向両側に角度θ1 の位置に形成され
る１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 、基準点から周方向両側の
４５°および１３５°の点の内の何れかに形成される検
出電極Ｅ3 、１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 を駆動励振する
電圧を発生する振幅制御回路１１、１２、検出電極Ｅ3
の検出出力の同期検波回路２１、同期検波回路２１の出
力を積算するループフイルタ３１、基準電圧源４２の基
準電圧ＶR からループフイルタ３１の出力ＶO を減算加
算処理する演算回路４１、演算回路４１の減算出力端を
一方の振幅制御回路１１に接続すると共に演算回路４１
の加算出力端を他方の振幅制御回路１２に接続するクロ
ーズドループ制御リング共振型振動ジャイロ。
動ジャイロを提供する。 【解決手段】 リング状振動体８０、リング状振動体８
０の基準点から周方向両側に角度θ1 の位置に形成され
る１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 、基準点から周方向両側の
４５°および１３５°の点の内の何れかに形成される検
出電極Ｅ3 、１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 を駆動励振する
電圧を発生する振幅制御回路１１、１２、検出電極Ｅ3
の検出出力の同期検波回路２１、同期検波回路２１の出
力を積算するループフイルタ３１、基準電圧源４２の基
準電圧ＶR からループフイルタ３１の出力ＶO を減算加
算処理する演算回路４１、演算回路４１の減算出力端を
一方の振幅制御回路１１に接続すると共に演算回路４１
の加算出力端を他方の振幅制御回路１２に接続するクロ
ーズドループ制御リング共振型振動ジャイロ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、クローズドルー
プ制御リング共振型振動ジャイロに関し、特に、スケー
ルファクタの改善されたクローズドループ制御リング共
振型振動ジャイロに関する。
プ制御リング共振型振動ジャイロに関し、特に、スケー
ルファクタの改善されたクローズドループ制御リング共
振型振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６を参照するに、リング共振型振動ジ
ャイロと称されるリング状の振動体を有する振動ジャイ
ロとしては、シリンドリカル共振型振動ジャイロ、半球
共振型振動ジャイロ、リング共振型振動ジャイロを例示
することができる。即ち、図６（ａ）はシリンドリカル
共振型振動ジャイロを示す図であり、図６（ｂ）は半球
共振型振動ジャイロを示す図であり、図６（ｃ）はリン
グ共振型振動ジャイロを示す図である。リング共振型振
動ジャイロのリング状振動体８０を構成する原材料とし
て圧電セラミックスを採用することができる。このリン
グ状振動体８０は中心軸である支柱８２との間に圧縮状
態の半円スプリング８１を円周方向に等間隔に介在させ
て支柱８２に結合された状態に構成されている。
ャイロと称されるリング状の振動体を有する振動ジャイ
ロとしては、シリンドリカル共振型振動ジャイロ、半球
共振型振動ジャイロ、リング共振型振動ジャイロを例示
することができる。即ち、図６（ａ）はシリンドリカル
共振型振動ジャイロを示す図であり、図６（ｂ）は半球
共振型振動ジャイロを示す図であり、図６（ｃ）はリン
グ共振型振動ジャイロを示す図である。リング共振型振
動ジャイロのリング状振動体８０を構成する原材料とし
て圧電セラミックスを採用することができる。このリン
グ状振動体８０は中心軸である支柱８２との間に圧縮状
態の半円スプリング８１を円周方向に等間隔に介在させ
て支柱８２に結合された状態に構成されている。
【０００３】図７を参照するに、圧電セラミックスより
成るリング状振動体８０の外表面および内表面に対向し
て電極を形成し、これら両電極間に交流電圧を印加して
圧電駆動することにより振動モード１の振動を生起する
ことができる。即ち、リング状振動体８０の中心軸８２
に直交すると共に互いに直交する２方向に、リング状振
動体８０を屈曲振動させることができる。リング状振動
体８０の振動モード１の振動状態において、リング状振
動体８０に円周方向に角速度が入力されると、振動モー
ド１と直交する方向にコリオリ力が作用する結果、振動
モード１の方向から４５°の方向に振動モード２が発生
する。ここで、振動モード２の方向の力の大きさを知る
ことにより、入力角速度の値を検出することができる。
以下、図８を参照して更に具体的に説明する。
成るリング状振動体８０の外表面および内表面に対向し
て電極を形成し、これら両電極間に交流電圧を印加して
圧電駆動することにより振動モード１の振動を生起する
ことができる。即ち、リング状振動体８０の中心軸８２
に直交すると共に互いに直交する２方向に、リング状振
動体８０を屈曲振動させることができる。リング状振動
体８０の振動モード１の振動状態において、リング状振
動体８０に円周方向に角速度が入力されると、振動モー
ド１と直交する方向にコリオリ力が作用する結果、振動
モード１の方向から４５°の方向に振動モード２が発生
する。ここで、振動モード２の方向の力の大きさを知る
ことにより、入力角速度の値を検出することができる。
以下、図８を参照して更に具体的に説明する。
【０００４】図８は振動モードの回転を説明する図であ
る。図８（ａ）は角速度が印加されていない状態を示す
図である。この場合、Ａ点の位置は振動モード１の方向
に一致しており、Ｂ点の位置は振動していない点である
ノードとなる。ここで、図８（ａ）のリング状振動体８
０に角速度が入力されると、リング状振動体８０は図８
（ｂ）に示される如く、Ａ点はＡ’点の位置に回転する
と共にノードであるＢ点はＢ’点の位置に回転する。こ
の場合、電極の圧電駆動による振動モード１の振動に加
えて入力角速度による振動モード１に対して４５°方向
の振動モード２の振動が生起されることにより、振動モ
ードのピークの位置はＡ点からずれたＡ’点の位置にず
れ、振動していない点であるノードも振動モードのＢ点
からずれたＢ’点に位置した振動をするに到る。
る。図８（ａ）は角速度が印加されていない状態を示す
図である。この場合、Ａ点の位置は振動モード１の方向
に一致しており、Ｂ点の位置は振動していない点である
ノードとなる。ここで、図８（ａ）のリング状振動体８
０に角速度が入力されると、リング状振動体８０は図８
（ｂ）に示される如く、Ａ点はＡ’点の位置に回転する
と共にノードであるＢ点はＢ’点の位置に回転する。こ
の場合、電極の圧電駆動による振動モード１の振動に加
えて入力角速度による振動モード１に対して４５°方向
の振動モード２の振動が生起されることにより、振動モ
ードのピークの位置はＡ点からずれたＡ’点の位置にず
れ、振動していない点であるノードも振動モードのＢ点
からずれたＢ’点に位置した振動をするに到る。
【０００５】図９はリング共振型振動ジャイロの従来例
を説明する図である。振幅制御回路１１から供給される
駆動信号Ｖd はリング状振動体８０の共振周波数に等し
い周波数を有する交流の電圧信号であり、リング状振動
体８０のＡ点の位置に設置される駆動電極Ｅa に印加さ
れる。その結果、リング状振動体８０は、先に述べた振
動モード１で振動するに到る。Ａ点と丁度１８０°回転
したＣ点の位置の両面に設置される電極Ｅc は振動モー
ド１のモニタ電極である。このモニタ電極Ｅc から得ら
れる振動情報は振幅検出回路１３に供給され、直流信号
Ｖp に変換されて差動増幅器５１において基準信号源５
２の出力する基準信号Ｖ r と比較される。差動増幅器５
１より得られる差信号Ｖe は一例として積分器により構
成されたループフイルタ３１に入力される。ループフイ
ルタ３１より得られる出力Ｖcontは、振幅制御回路１１
に供給され、振幅検出回路１３から出力される直流信号
Ｖp が基準信号Ｖr と等しくなって差動増幅器５１の差
信号Ｖe をゼロとすべく、駆動信号Ｖd の振幅を制御す
る。即ち、リング状振動体８０の駆動信号Ｖd を一定に
制御することにより、リング状振動体８０の振動振幅を
常時一定に保持している。
を説明する図である。振幅制御回路１１から供給される
駆動信号Ｖd はリング状振動体８０の共振周波数に等し
い周波数を有する交流の電圧信号であり、リング状振動
体８０のＡ点の位置に設置される駆動電極Ｅa に印加さ
れる。その結果、リング状振動体８０は、先に述べた振
動モード１で振動するに到る。Ａ点と丁度１８０°回転
したＣ点の位置の両面に設置される電極Ｅc は振動モー
ド１のモニタ電極である。このモニタ電極Ｅc から得ら
れる振動情報は振幅検出回路１３に供給され、直流信号
Ｖp に変換されて差動増幅器５１において基準信号源５
２の出力する基準信号Ｖ r と比較される。差動増幅器５
１より得られる差信号Ｖe は一例として積分器により構
成されたループフイルタ３１に入力される。ループフイ
ルタ３１より得られる出力Ｖcontは、振幅制御回路１１
に供給され、振幅検出回路１３から出力される直流信号
Ｖp が基準信号Ｖr と等しくなって差動増幅器５１の差
信号Ｖe をゼロとすべく、駆動信号Ｖd の振幅を制御す
る。即ち、リング状振動体８０の駆動信号Ｖd を一定に
制御することにより、リング状振動体８０の振動振幅を
常時一定に保持している。
【０００６】Ａ点に対して４５°の位置であるＢ点に設
置される電極Ｅb は、先に述べた入力角速度により発生
する振動モード２を検出するモニタ電極であり、このモ
ニタ電極Ｅb から得られる振動情報は、同期検波回路２
１により振動の大きさに対応した直流信号に変換され
る。同期検波回路２１の出力をそのまま振動の大きさの
検出出力として使用すればオープンループ信号処理のジ
ャイロが構成され、その出力はＶO1になる。一方、クロ
ーズドループ信号処理のジャイロは、点線で示される回
路を付加することにより構成される。
置される電極Ｅb は、先に述べた入力角速度により発生
する振動モード２を検出するモニタ電極であり、このモ
ニタ電極Ｅb から得られる振動情報は、同期検波回路２
１により振動の大きさに対応した直流信号に変換され
る。同期検波回路２１の出力をそのまま振動の大きさの
検出出力として使用すればオープンループ信号処理のジ
ャイロが構成され、その出力はＶO1になる。一方、クロ
ーズドループ信号処理のジャイロは、点線で示される回
路を付加することにより構成される。
【０００７】即ち、同期検波回路２１の出力は、一例と
して積分器により構成されるループフイルタ３２に供給
され、第２ループフイルタ３２から得られる出力はフィ
ードバック信号発生回路６１に供給される。フィードバ
ック信号発生回路６１は、第２ループフイルタ３２から
得られる信号と発信回路１０から供給されるクロックＣ
Ｋが入力され、モニタ電極Ｅb から得られる振動モード
２の振動とは周波数が同一で極性が逆の信号を発生する
回路である。このフィードバック信号発生回路６１の出
力は、Ｂ点に対して１８０°回転した位置に設置される
フイードバック電極Ｅd に印加され、振動モード２の動
きを逆向きに抑制する。その結果、振動ジャイロに角速
度が入力され、振動モード２が発生しても、振動モード
２は実質的にゼロに抑制されるクローズドループ信号処
理をしていることになる。このクローズドループ信号処
理におけるジャイロ出力は、フイードバック電極Ｅd に
与える電圧Ｖf を使用することもできるが、この電圧Ｖ
f は交流電圧であるところから取り扱い難い。そこで、
電圧Ｖf と比例関係にあるループフイルタ３２の直流出
力をジャイロ出力ＶO2として使用する。
して積分器により構成されるループフイルタ３２に供給
され、第２ループフイルタ３２から得られる出力はフィ
ードバック信号発生回路６１に供給される。フィードバ
ック信号発生回路６１は、第２ループフイルタ３２から
得られる信号と発信回路１０から供給されるクロックＣ
Ｋが入力され、モニタ電極Ｅb から得られる振動モード
２の振動とは周波数が同一で極性が逆の信号を発生する
回路である。このフィードバック信号発生回路６１の出
力は、Ｂ点に対して１８０°回転した位置に設置される
フイードバック電極Ｅd に印加され、振動モード２の動
きを逆向きに抑制する。その結果、振動ジャイロに角速
度が入力され、振動モード２が発生しても、振動モード
２は実質的にゼロに抑制されるクローズドループ信号処
理をしていることになる。このクローズドループ信号処
理におけるジャイロ出力は、フイードバック電極Ｅd に
与える電圧Ｖf を使用することもできるが、この電圧Ｖ
f は交流電圧であるところから取り扱い難い。そこで、
電圧Ｖf と比例関係にあるループフイルタ３２の直流出
力をジャイロ出力ＶO2として使用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したクローズドル
ープ制御リング共振型振動ジャイロの従来例は、モニタ
電極Ｅb から得られる振動モード２の振動とは周波数が
同一で極性が逆のフイードバック電圧Ｖf を、モニタ電
極Ｅb から１８０°回転した位置に設置されるフイード
バック電極Ｅd に印加してその信号の大きさをジャイロ
出力として取り出す構成としているところから、リング
状振動体８０自体の品質ファクタ（Ｑ値）が変動する
と、ジャイロのスケールファクタはこの変動により大き
な影響を受ける。
ープ制御リング共振型振動ジャイロの従来例は、モニタ
電極Ｅb から得られる振動モード２の振動とは周波数が
同一で極性が逆のフイードバック電圧Ｖf を、モニタ電
極Ｅb から１８０°回転した位置に設置されるフイード
バック電極Ｅd に印加してその信号の大きさをジャイロ
出力として取り出す構成としているところから、リング
状振動体８０自体の品質ファクタ（Ｑ値）が変動する
と、ジャイロのスケールファクタはこの変動により大き
な影響を受ける。
【０００９】この発明は、上述の問題を解消したクロー
ズドループ制御リング共振型振動ジャイロを提供するも
のである。
ズドループ制御リング共振型振動ジャイロを提供するも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１：リング状部を
有するリング状振動体８０を具備し、リング状振動体８
０の基準点から周方向両側に任意の鋭角の角度θ1 の位
置に形成される１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 を具備し、リ
ング状振動体８０の基準点から周方向両側の４５°およ
び１３５°の点の合計４点の内の何れかに形成されるモ
ニタ電極Ｅ3 を具備し、１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 それ
ぞれを駆動励振する電圧を発生する振幅制御回路１１、
１２を具備し、モニタ電極Ｅ3 の検出出力を入力して振
動の大きさに対応する信号を出力する同期検波回路２１
を具備し、同期検波回路２１の出力端を入力端に接続し
て同期検波回路２１の出力を積算するループフイルタ３
１を具備し、基準電圧源４２の基準電圧ＶR からループ
フイルタ３１の出力ＶO を減算加算処理する演算回路４
１を具備し、演算回路４１の減算出力端を一方の振幅制
御回路１１に接続すると共に演算回路４１の加算出力端
を他方の振幅制御回路１２に接続して、駆動電極を駆動
励振する振幅制御回路の出力電圧を規定するクローズド
ループ制御リング共振型振動ジャイロを構成した。
有するリング状振動体８０を具備し、リング状振動体８
０の基準点から周方向両側に任意の鋭角の角度θ1 の位
置に形成される１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 を具備し、リ
ング状振動体８０の基準点から周方向両側の４５°およ
び１３５°の点の合計４点の内の何れかに形成されるモ
ニタ電極Ｅ3 を具備し、１対の駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 それ
ぞれを駆動励振する電圧を発生する振幅制御回路１１、
１２を具備し、モニタ電極Ｅ3 の検出出力を入力して振
動の大きさに対応する信号を出力する同期検波回路２１
を具備し、同期検波回路２１の出力端を入力端に接続し
て同期検波回路２１の出力を積算するループフイルタ３
１を具備し、基準電圧源４２の基準電圧ＶR からループ
フイルタ３１の出力ＶO を減算加算処理する演算回路４
１を具備し、演算回路４１の減算出力端を一方の振幅制
御回路１１に接続すると共に演算回路４１の加算出力端
を他方の振幅制御回路１２に接続して、駆動電極を駆動
励振する振幅制御回路の出力電圧を規定するクローズド
ループ制御リング共振型振動ジャイロを構成した。
【００１１】そして、請求項２：請求項１に記載される
クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロにおい
て、モニタ電極Ｅ3 はその形成される点の近傍において
この点から周方向両側に任意の鋭角の角度θ2 の位置に
形成される１対のモニタ電極Ｅ4 、Ｅ5 に分割形成し、
分割形成されたモニタ電極Ｅ4 、Ｅ5 の内の他方のモニ
タ電極Ｅ5 の検出出力を入力して振動の大きさに対応す
る信号を出力する第２同期検波回路２２を具備し、両同
期検波回路は互いに位相の反転した振動の大きさに対応
した信号を出力する反転位相同期検波され、両同期検波
回路の出力端が接続される反転入力端および非反転入力
端を有する差動増幅器６１をループフイルタ３１の前段
に具備するクローズドループ制御リング共振型振動ジャ
イロを構成した。
クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロにおい
て、モニタ電極Ｅ3 はその形成される点の近傍において
この点から周方向両側に任意の鋭角の角度θ2 の位置に
形成される１対のモニタ電極Ｅ4 、Ｅ5 に分割形成し、
分割形成されたモニタ電極Ｅ4 、Ｅ5 の内の他方のモニ
タ電極Ｅ5 の検出出力を入力して振動の大きさに対応す
る信号を出力する第２同期検波回路２２を具備し、両同
期検波回路は互いに位相の反転した振動の大きさに対応
した信号を出力する反転位相同期検波され、両同期検波
回路の出力端が接続される反転入力端および非反転入力
端を有する差動増幅器６１をループフイルタ３１の前段
に具備するクローズドループ制御リング共振型振動ジャ
イロを構成した。
【００１２】また、請求項３：請求項１に記載されるク
ローズドループ制御リング共振型振動ジャイロにおい
て、駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 のそれぞれから周方向に１８０
°回転した位置に形成される振幅検出電極Ｅ6 、Ｅ7 を
具備し、振幅検出電極Ｅ6 、Ｅ 7 の検出出力を入力し振
幅の大きさに対応する信号を出力する振幅検出回路１
３、１４を振幅検出電極それぞれに具備し、両振幅検出
回路１３、１４の出力を入力して合成するベクトル合成
回路４３を具備し、ベクトル合成回路４３の出力Ｖ T を
入力して第２基準電圧源４５の基準電圧ＶR1から減算し
てその差分電圧Ｖeを発生する差動増幅器４４を具備
し、差分電圧Ｖe を加算して加算出力ＶC を発生する第
２ループフイルタ４６を具備し、第２ループフイルタ４
６の加算出力Ｖ C と基準電圧源４８の発生する基準信号
ＶR2とを加算する加算器４７を具備し、加算器４７の出
力ＶR3を演算回路４１の基準信号とするクローズドルー
プ制御リング共振型振動ジャイロを構成した。
ローズドループ制御リング共振型振動ジャイロにおい
て、駆動電極Ｅ1 、Ｅ2 のそれぞれから周方向に１８０
°回転した位置に形成される振幅検出電極Ｅ6 、Ｅ7 を
具備し、振幅検出電極Ｅ6 、Ｅ 7 の検出出力を入力し振
幅の大きさに対応する信号を出力する振幅検出回路１
３、１４を振幅検出電極それぞれに具備し、両振幅検出
回路１３、１４の出力を入力して合成するベクトル合成
回路４３を具備し、ベクトル合成回路４３の出力Ｖ T を
入力して第２基準電圧源４５の基準電圧ＶR1から減算し
てその差分電圧Ｖeを発生する差動増幅器４４を具備
し、差分電圧Ｖe を加算して加算出力ＶC を発生する第
２ループフイルタ４６を具備し、第２ループフイルタ４
６の加算出力Ｖ C と基準電圧源４８の発生する基準信号
ＶR2とを加算する加算器４７を具備し、加算器４７の出
力ＶR3を演算回路４１の基準信号とするクローズドルー
プ制御リング共振型振動ジャイロを構成した。
【００１３】更に、請求項４：請求項３に記載されるク
ローズドループ制御リング共振型振動ジャイロにおい
て、モニタ電極Ｅ3 はその形成される点の近傍において
この点から周方向両側に鋭角の角度θ2 の位置に形成さ
れる１対のモニタ電極Ｅ4 、Ｅ 5 に分割形成し、分割形
成されたモニタ電極Ｅ4 、Ｅ5 の内の他方のモニタ電極
Ｅ5 の検出出力を入力して振動の大きさに対応する信号
を出力する第２同期検波回路２２を具備し、両同期検波
回路は互いに位相の反転した振動の大きさに対応した信
号を出力する反転位相同期検波され、両同期検波回路の
出力端が接続される反転入力端および非反転入力端を有
する差動増幅器６１をループフイルタの前段に具備する
クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロを構成
した。
ローズドループ制御リング共振型振動ジャイロにおい
て、モニタ電極Ｅ3 はその形成される点の近傍において
この点から周方向両側に鋭角の角度θ2 の位置に形成さ
れる１対のモニタ電極Ｅ4 、Ｅ 5 に分割形成し、分割形
成されたモニタ電極Ｅ4 、Ｅ5 の内の他方のモニタ電極
Ｅ5 の検出出力を入力して振動の大きさに対応する信号
を出力する第２同期検波回路２２を具備し、両同期検波
回路は互いに位相の反転した振動の大きさに対応した信
号を出力する反転位相同期検波され、両同期検波回路の
出力端が接続される反転入力端および非反転入力端を有
する差動増幅器６１をループフイルタの前段に具備する
クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロを構成
した。
【００１４】また、請求項５：リング状部を有するリン
グ状振動体８０を具備し、基準点から周方向両側に９０
°或いは１８０°回転した角度位置の任意の位置に形成
される駆動電極Ｅa1を具備し、その駆動電極Ｅa1から周
方向に９０°或いは１８０°回転した角度位置の任意の
位置に形成される検出電極Ｅd1を具備し、リング状振動
体８０の共振周波数で発振する発振回路と自動振幅制御
回路より成る駆動回路１５を具備し、リング状振動体８
０の基準点から周方向両側に任意の鋭角の角度θ1 の位
置に形成される１対の制御電極Ｅc1 、Ｅc2 を具備し、
リング状振動体８０の基準点から周方向両側の４５°お
よび１３５°の点の合計４点の内の何れかに形成される
モニタ電極Ｅ3 を具備し、１対の制御電極Ｅc1 、Ｅc2
それぞれを制御励振する電圧を発生する振幅制御回路１
１、１２を具備し、モニタ電極Ｅ 3 の検出出力を入力し
て振動の大きさに対応する信号を出力する同期検波回路
２１を具備し、同期検波回路２１の出力端を入力端に接
続して同期検波回路２１の出力を積算するループフイル
タ３１を具備し、ループフイルタ３１の出力ＶO に正お
よび負の極正を付与し出力する演算回路４１を具備し、
演算回路４１の負出力端を一方の振幅制御回路１１に接
続すると共に演算回路４１の正出力端を他方の振幅制御
回路１２に接続して制御電極Ｅc1 、Ｅc2 を駆動励振す
る振幅制御回路の出力電圧を規定するクローズドループ
制御リング共振型振動ジャイロを構成した。
グ状振動体８０を具備し、基準点から周方向両側に９０
°或いは１８０°回転した角度位置の任意の位置に形成
される駆動電極Ｅa1を具備し、その駆動電極Ｅa1から周
方向に９０°或いは１８０°回転した角度位置の任意の
位置に形成される検出電極Ｅd1を具備し、リング状振動
体８０の共振周波数で発振する発振回路と自動振幅制御
回路より成る駆動回路１５を具備し、リング状振動体８
０の基準点から周方向両側に任意の鋭角の角度θ1 の位
置に形成される１対の制御電極Ｅc1 、Ｅc2 を具備し、
リング状振動体８０の基準点から周方向両側の４５°お
よび１３５°の点の合計４点の内の何れかに形成される
モニタ電極Ｅ3 を具備し、１対の制御電極Ｅc1 、Ｅc2
それぞれを制御励振する電圧を発生する振幅制御回路１
１、１２を具備し、モニタ電極Ｅ 3 の検出出力を入力し
て振動の大きさに対応する信号を出力する同期検波回路
２１を具備し、同期検波回路２１の出力端を入力端に接
続して同期検波回路２１の出力を積算するループフイル
タ３１を具備し、ループフイルタ３１の出力ＶO に正お
よび負の極正を付与し出力する演算回路４１を具備し、
演算回路４１の負出力端を一方の振幅制御回路１１に接
続すると共に演算回路４１の正出力端を他方の振幅制御
回路１２に接続して制御電極Ｅc1 、Ｅc2 を駆動励振す
る振幅制御回路の出力電圧を規定するクローズドループ
制御リング共振型振動ジャイロを構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１の第
１の実施例を参照して説明する。図１において、Ａ点を
リング状振動体８０の説明上の基準点とする。説明上の
基準点とは、角速度が入力されていない状態において振
動モード１がピークとなる位置を意味し、この位置を角
度０°の位置とする。Ａ点、即ち、角度０°の位置から
１８０°回転したＣ点から両側に角度θ1 の位置に設置
された駆動電極Ｅ 1 および駆動電極Ｅ2 には以下の電圧
が印加される。即ち、駆動電極Ｅ1 には、振幅制御回路
１１を介して、リング状振動体８０の固有振動周波数に
一致する周波数の交流駆動電圧Ｖd1が印加される。そし
て、駆動電極Ｅ2 には、第２振幅制御回路１２を介し
て、リング状振動体８０の固有振動周波数に一致する周
波数の交流駆動電圧Ｖd2が印加される。その結果、リン
グ状振動体８０は、駆動電極Ｅ 1 および駆動電極Ｅ2 に
より、図７を参照して説明された振動モード１の振動を
生起せしめられる。この時、駆動電極Ｅ1 に印加される
交流電圧Ｖd1と駆動電極Ｅ2 に印加される交流電圧Ｖd2
とが同一振幅の電圧であるものとすると、両駆動電極の
生起する振動を合成した振動は、振動モード１のピーク
値を基準点であるＡ点に実質的に一致する振動となる。
Ａ点から４５°回転した位置Ｂ点に設置されるモニタ電
極Ｅ3 は入力角速度により発生する振動モード２の検出
用の電極である。この振動モード２検出用のモニタ電極
Ｅ3 から得られる振動情報は同期検波回路２１により振
動の大きさに対応した直流信号に変換される。同期検波
回路２１の直流信号出力は積分器より成るループフイル
タ３１に供給、積分されてその出力ＶO は鎖線により包
囲して示されるフィードバック制御回路９０内の演算回
路４１に供給され、基準電圧源４２から供給される基準
電圧信号ＶR と加減算される。演算回路４１の出力の内
の一方である（ＶR ＋ＶO ）は振幅制御回路１１に供給
され、駆動電極Ｅ1 に印加される交流電圧Ｖd1に変換さ
れる。演算回路４１の出力の内の他方の出力である（Ｖ
R −ＶO ）は振幅制御回路１２に供給され、駆動電極Ｅ
2 に印加される交流電圧Ｖd2に変換される。これら演算
回路４１の出力は振幅制御回路１１および振幅制御回路
１２の出力の振幅を規定する電圧である。
１の実施例を参照して説明する。図１において、Ａ点を
リング状振動体８０の説明上の基準点とする。説明上の
基準点とは、角速度が入力されていない状態において振
動モード１がピークとなる位置を意味し、この位置を角
度０°の位置とする。Ａ点、即ち、角度０°の位置から
１８０°回転したＣ点から両側に角度θ1 の位置に設置
された駆動電極Ｅ 1 および駆動電極Ｅ2 には以下の電圧
が印加される。即ち、駆動電極Ｅ1 には、振幅制御回路
１１を介して、リング状振動体８０の固有振動周波数に
一致する周波数の交流駆動電圧Ｖd1が印加される。そし
て、駆動電極Ｅ2 には、第２振幅制御回路１２を介し
て、リング状振動体８０の固有振動周波数に一致する周
波数の交流駆動電圧Ｖd2が印加される。その結果、リン
グ状振動体８０は、駆動電極Ｅ 1 および駆動電極Ｅ2 に
より、図７を参照して説明された振動モード１の振動を
生起せしめられる。この時、駆動電極Ｅ1 に印加される
交流電圧Ｖd1と駆動電極Ｅ2 に印加される交流電圧Ｖd2
とが同一振幅の電圧であるものとすると、両駆動電極の
生起する振動を合成した振動は、振動モード１のピーク
値を基準点であるＡ点に実質的に一致する振動となる。
Ａ点から４５°回転した位置Ｂ点に設置されるモニタ電
極Ｅ3 は入力角速度により発生する振動モード２の検出
用の電極である。この振動モード２検出用のモニタ電極
Ｅ3 から得られる振動情報は同期検波回路２１により振
動の大きさに対応した直流信号に変換される。同期検波
回路２１の直流信号出力は積分器より成るループフイル
タ３１に供給、積分されてその出力ＶO は鎖線により包
囲して示されるフィードバック制御回路９０内の演算回
路４１に供給され、基準電圧源４２から供給される基準
電圧信号ＶR と加減算される。演算回路４１の出力の内
の一方である（ＶR ＋ＶO ）は振幅制御回路１１に供給
され、駆動電極Ｅ1 に印加される交流電圧Ｖd1に変換さ
れる。演算回路４１の出力の内の他方の出力である（Ｖ
R −ＶO ）は振幅制御回路１２に供給され、駆動電極Ｅ
2 に印加される交流電圧Ｖd2に変換される。これら演算
回路４１の出力は振幅制御回路１１および振幅制御回路
１２の出力の振幅を規定する電圧である。
【００１６】ここで、リング状振動体８０が振動モード
１の状態にあり、円周方向に角速度の入力がない場合、
振動モード２の発生はなく、同期検波回路２１の出力は
ゼロとなる。ループフイルタ３１の出力ＶO もゼロであ
るので演算回路４１の出力は双方共に基準電圧信号ＶR
となる。即ち、振幅制御回路１１の交流電圧出力Ｖd1お
よび第２振幅制御回路１２の交流電圧出力Ｖd2は同じ値
となる。その結果、この場合の振動のピーク値はＡ点に
対応する位置になる。従って、Ａ点から４５°回転した
Ｂ点においてモニタ電極Ｅ3 による検出電圧の発生はな
く、同期検波回路２１の出力はゼロとなり、クローズド
ループの制御が成り立つ。
１の状態にあり、円周方向に角速度の入力がない場合、
振動モード２の発生はなく、同期検波回路２１の出力は
ゼロとなる。ループフイルタ３１の出力ＶO もゼロであ
るので演算回路４１の出力は双方共に基準電圧信号ＶR
となる。即ち、振幅制御回路１１の交流電圧出力Ｖd1お
よび第２振幅制御回路１２の交流電圧出力Ｖd2は同じ値
となる。その結果、この場合の振動のピーク値はＡ点に
対応する位置になる。従って、Ａ点から４５°回転した
Ｂ点においてモニタ電極Ｅ3 による検出電圧の発生はな
く、同期検波回路２１の出力はゼロとなり、クローズド
ループの制御が成り立つ。
【００１７】ここで、リング状振動体８０に角速度が入
力されると、振動モード２が発生する。これにより、モ
ニタ電極Ｅ3 の形成されるノードの位置はＢ点から僅か
にずれる。このずれにより、モニタ電極Ｅ3 の設置され
るＢ点においてリング状振動体８０に振動が発生する。
モニタ電極Ｅ3 はＢ点におけるリング状振動体８０の振
動の大きさに対応した検出電圧を発生し、同期検波回路
２１はこの検出電圧に対応した直流電圧を発生出力す
る。同期検波回路２１により得られる出力は、ループフ
イルタ３１の積分器により積分されて、演算回路４１に
供給される。演算回路４１の出力端から加算された直流
電圧（ＶR ＋ＶO ）と減算された直流電圧（ＶR −
ＶO ）が出力される。直流出力電圧（ＶR −ＶO ）は振
幅制御回路１１に入力され、対応する交流電圧Ｖd1に変
換されて駆動電極Ｅ1 に印加される。直流出力電圧（Ｖ
R ＋ＶO ）も、同様に、第２振幅制御回路１２に入力さ
れ、対応する交流電圧Ｖd2に変換されて駆動電極Ｅ2 に
印加される。振幅制御回路１１および第２振幅制御回路
１２には発振回路１０からクロックパルスが供給され、
同期制御される。駆動電極Ｅ1 に印加される交流電圧Ｖ
d1と駆動電極Ｅ2 に印加される交流電圧Ｖd2の間には差
異が生じている。その結果、リング状振動体８０に対し
て駆動電極Ｅ1 により生起せしめられる振動と駆動電極
Ｅ2 により生起せしめられる振動は、その合成ベクトル
の方向を振動モード１のピークが生じるＡ点の位置を通
る方向から変移すると共にノードのＢ点位置も変移する
振動である。
力されると、振動モード２が発生する。これにより、モ
ニタ電極Ｅ3 の形成されるノードの位置はＢ点から僅か
にずれる。このずれにより、モニタ電極Ｅ3 の設置され
るＢ点においてリング状振動体８０に振動が発生する。
モニタ電極Ｅ3 はＢ点におけるリング状振動体８０の振
動の大きさに対応した検出電圧を発生し、同期検波回路
２１はこの検出電圧に対応した直流電圧を発生出力す
る。同期検波回路２１により得られる出力は、ループフ
イルタ３１の積分器により積分されて、演算回路４１に
供給される。演算回路４１の出力端から加算された直流
電圧（ＶR ＋ＶO ）と減算された直流電圧（ＶR −
ＶO ）が出力される。直流出力電圧（ＶR −ＶO ）は振
幅制御回路１１に入力され、対応する交流電圧Ｖd1に変
換されて駆動電極Ｅ1 に印加される。直流出力電圧（Ｖ
R ＋ＶO ）も、同様に、第２振幅制御回路１２に入力さ
れ、対応する交流電圧Ｖd2に変換されて駆動電極Ｅ2 に
印加される。振幅制御回路１１および第２振幅制御回路
１２には発振回路１０からクロックパルスが供給され、
同期制御される。駆動電極Ｅ1 に印加される交流電圧Ｖ
d1と駆動電極Ｅ2 に印加される交流電圧Ｖd2の間には差
異が生じている。その結果、リング状振動体８０に対し
て駆動電極Ｅ1 により生起せしめられる振動と駆動電極
Ｅ2 により生起せしめられる振動は、その合成ベクトル
の方向を振動モード１のピークが生じるＡ点の位置を通
る方向から変移すると共にノードのＢ点位置も変移する
振動である。
【００１８】この実施例においては、振動モード１の振
幅のピーク位置がＡ点からずれた場合、振幅制御回路１
１の出力Ｖd1と振幅制御回路１２の出力Ｖd2は、合成ベ
クトルの方向を常にＡ点に引き戻し、振動が発生しない
ノード位置をＢ点に引き戻す両駆動電極の駆動をする両
出力のバランスを調整するクローズドループ制御を実行
している。
幅のピーク位置がＡ点からずれた場合、振幅制御回路１
１の出力Ｖd1と振幅制御回路１２の出力Ｖd2は、合成ベ
クトルの方向を常にＡ点に引き戻し、振動が発生しない
ノード位置をＢ点に引き戻す両駆動電極の駆動をする両
出力のバランスを調整するクローズドループ制御を実行
している。
【００１９】ここで、交流電圧Ｖd1、交流電圧Ｖd2のバ
ランス量は、入力角速度と比例関係にあるので、バラン
ス量のパラメータであるループフイルタの出力ＶO をジ
ャイロの出力としている。図２を参照して第２の実施例
を説明する。第２の実施例は振動が発生しないノード位
置である基準点Ａから４５°回転したＢ点の両側に角度
θ2 で設置したモニタ電極Ｅ4 とモニタ電極Ｅ5 により
振動を検出し、差動増幅器６１により検出した振動の差
分を求めてＢ点における振動の大きさを検出する構成と
したものである。モニタ電極Ｅ4 で検出された振動情報
は同期検波回路２１により振動の大きさに対応した直流
信号に変換される一方モニタ電極Ｅ5 により検出した振
動情報は第２同期検波回路２２により振動の大きさに対
応した直流信号に変換される。なお、同期検波回路２１
と第２同期検波回路２２は反転位相で同期検波してい
る。同期検波回路２１の出力および第２同期検波回路２
２の出力は差動増幅器６１において減算される。
ランス量は、入力角速度と比例関係にあるので、バラン
ス量のパラメータであるループフイルタの出力ＶO をジ
ャイロの出力としている。図２を参照して第２の実施例
を説明する。第２の実施例は振動が発生しないノード位
置である基準点Ａから４５°回転したＢ点の両側に角度
θ2 で設置したモニタ電極Ｅ4 とモニタ電極Ｅ5 により
振動を検出し、差動増幅器６１により検出した振動の差
分を求めてＢ点における振動の大きさを検出する構成と
したものである。モニタ電極Ｅ4 で検出された振動情報
は同期検波回路２１により振動の大きさに対応した直流
信号に変換される一方モニタ電極Ｅ5 により検出した振
動情報は第２同期検波回路２２により振動の大きさに対
応した直流信号に変換される。なお、同期検波回路２１
と第２同期検波回路２２は反転位相で同期検波してい
る。同期検波回路２１の出力および第２同期検波回路２
２の出力は差動増幅器６１において減算される。
【００２０】ここで、リング状振動体８０が振動モード
１の状態にあり、リング状振動体８０に円周方向の角速
度が印加されていないものとすると、振動モード２の発
生はなく、従って、Ｂ点から等間隔に設置されたモニタ
電極Ｅ4 とモニタ電極Ｅ5 における振動の大きさは同一
であり、同期検波回路２１の出力と同期検波回路２２の
出力は同一である。従って、差動増幅器６１の出力はゼ
ロとなる。
１の状態にあり、リング状振動体８０に円周方向の角速
度が印加されていないものとすると、振動モード２の発
生はなく、従って、Ｂ点から等間隔に設置されたモニタ
電極Ｅ4 とモニタ電極Ｅ5 における振動の大きさは同一
であり、同期検波回路２１の出力と同期検波回路２２の
出力は同一である。従って、差動増幅器６１の出力はゼ
ロとなる。
【００２１】リング状振動体８０に角速度が印加される
と振動モード２が発生する。振動モード２が発生したこ
とに起因して、Ｂ点から等間隔に設置されたモニタ電極
Ｅ4における振動の大きさとモニタ電極Ｅ5 における振
動の大きさは異なり、同期検波回路２１の出力と第２同
期検波回路２２の出力は相違するに到る。ここで、同期
検波回路２１の出力を第２同期検波回路２２の出力から
減算している差動増幅器６１の出力は、入力角速度の大
きさに対応した出力が現れてくる。差動増幅器６１の出
力は、図１における同期検波回路２１の出力と同じ作用
をする。ループフイルタ３１以降のフィードバック制御
回路９０の動作は図１のフィードバック制御回路９０の
動作と同様である。
と振動モード２が発生する。振動モード２が発生したこ
とに起因して、Ｂ点から等間隔に設置されたモニタ電極
Ｅ4における振動の大きさとモニタ電極Ｅ5 における振
動の大きさは異なり、同期検波回路２１の出力と第２同
期検波回路２２の出力は相違するに到る。ここで、同期
検波回路２１の出力を第２同期検波回路２２の出力から
減算している差動増幅器６１の出力は、入力角速度の大
きさに対応した出力が現れてくる。差動増幅器６１の出
力は、図１における同期検波回路２１の出力と同じ作用
をする。ループフイルタ３１以降のフィードバック制御
回路９０の動作は図１のフィードバック制御回路９０の
動作と同様である。
【００２２】図３を参照して第３の実施例を説明する。
第３の実施例は、図１の第１の実施例と比較対照しなが
ら説明する。駆動電極Ｅ1 を設置すると共に駆動電極Ｅ
1 から１８０°回転した位置に振幅検出電極Ｅ6 を設置
し、駆動電極Ｅ2 を設置すると共に駆動電極Ｅ2 から１
８０°回転した位置に振幅検出電極Ｅ7 を設置した。振
幅検出電極Ｅ7 の位置における振動の大きさを振幅検出
電極Ｅ7 により検出して振幅検出回路１３により直流信
号に変換すると共に、振幅検出電極Ｅ6 の位置における
振動の大きさを振幅検出電極Ｅ6 により検出して第２振
幅検出回路１４により直流信号に変換し、両直流信号を
ベクトル合成回路４３に供給し、これら直流信号のベク
トル合成値ＶTを求めて出力する。ベクトル合成値ＶT
は、差動増幅器４４において第２基準電圧源４５の発生
する基準信号ＶR1から減算処理され、その差分電圧Ｖe
は積分器より成る第２ループフイルタ４６に入力され
る。第２ループフイルタ４６の出力ＶC は加算器４７に
おいて基準電圧源４８の発生する基準信号ＶR2に加算さ
れ、演算回路４１の基準信号ＶR3とされる。
第３の実施例は、図１の第１の実施例と比較対照しなが
ら説明する。駆動電極Ｅ1 を設置すると共に駆動電極Ｅ
1 から１８０°回転した位置に振幅検出電極Ｅ6 を設置
し、駆動電極Ｅ2 を設置すると共に駆動電極Ｅ2 から１
８０°回転した位置に振幅検出電極Ｅ7 を設置した。振
幅検出電極Ｅ7 の位置における振動の大きさを振幅検出
電極Ｅ7 により検出して振幅検出回路１３により直流信
号に変換すると共に、振幅検出電極Ｅ6 の位置における
振動の大きさを振幅検出電極Ｅ6 により検出して第２振
幅検出回路１４により直流信号に変換し、両直流信号を
ベクトル合成回路４３に供給し、これら直流信号のベク
トル合成値ＶTを求めて出力する。ベクトル合成値ＶT
は、差動増幅器４４において第２基準電圧源４５の発生
する基準信号ＶR1から減算処理され、その差分電圧Ｖe
は積分器より成る第２ループフイルタ４６に入力され
る。第２ループフイルタ４６の出力ＶC は加算器４７に
おいて基準電圧源４８の発生する基準信号ＶR2に加算さ
れ、演算回路４１の基準信号ＶR3とされる。
【００２３】ここで、リング状振動体８０の振動モード
１の大きさが小さくなり、ベクトル合成回路４３の出力
ＶT が第２基準電圧源４５の発生する基準信号ＶR1より
小さくなると、差動増幅器４４は正の差分電圧Ｖe を発
生することになる。この時、積分器より成る第２ループ
フイルタ４６は正に増加する設定がなされているものと
すると、加算器４７の発生する基準信号ＶR3は増加し、
演算回路４１の出力は双方共に同じ値だけ増加する。そ
の結果、駆動電極Ｅ1 と駆動電極Ｅ2 に印加される交流
電圧Ｖd1および交流電圧Ｖd2は増加し、リング状振動体
８０の振動振幅が増加する。第２ループフイルタ４６の
出力電圧ＶC は、ベクトル合成回路４３の出力ＶT と第
２基準電圧源４５の基準信号ＶR1が等しくなり、第２ル
ープフイルタ４６の入力である差動増幅器４４の差分電
圧Ｖe がゼロになるまで、即ち、リング状振動体８０の
振動の大きさが予め設定した振動レベルになるまで積分
される。即ち、リング状振動体８０の振幅の安定化が達
成される。
１の大きさが小さくなり、ベクトル合成回路４３の出力
ＶT が第２基準電圧源４５の発生する基準信号ＶR1より
小さくなると、差動増幅器４４は正の差分電圧Ｖe を発
生することになる。この時、積分器より成る第２ループ
フイルタ４６は正に増加する設定がなされているものと
すると、加算器４７の発生する基準信号ＶR3は増加し、
演算回路４１の出力は双方共に同じ値だけ増加する。そ
の結果、駆動電極Ｅ1 と駆動電極Ｅ2 に印加される交流
電圧Ｖd1および交流電圧Ｖd2は増加し、リング状振動体
８０の振動振幅が増加する。第２ループフイルタ４６の
出力電圧ＶC は、ベクトル合成回路４３の出力ＶT と第
２基準電圧源４５の基準信号ＶR1が等しくなり、第２ル
ープフイルタ４６の入力である差動増幅器４４の差分電
圧Ｖe がゼロになるまで、即ち、リング状振動体８０の
振動の大きさが予め設定した振動レベルになるまで積分
される。即ち、リング状振動体８０の振幅の安定化が達
成される。
【００２４】図４を参照して第４の実施例を説明する。
第４の実施例は、図３の第３の実施例において、Ｂ点に
おける振動の大きさを検出する構成を、振動が発生しな
いノード位置である基準点Ａから４５°回転したＢ点の
両側に角度θ2 で設置したモニタ電極Ｅ4 とモニタ電極
Ｅ5 により振動を検出し、差動増幅器６１により検出し
た振動の差分を求める構成としたものに相当する。
第４の実施例は、図３の第３の実施例において、Ｂ点に
おける振動の大きさを検出する構成を、振動が発生しな
いノード位置である基準点Ａから４５°回転したＢ点の
両側に角度θ2 で設置したモニタ電極Ｅ4 とモニタ電極
Ｅ5 により振動を検出し、差動増幅器６１により検出し
た振動の差分を求める構成としたものに相当する。
【００２５】即ち、リング状振動体８０の基準となる位
置をＡ点とし、このＡ点の位置の角度を０°とした場
合、Ａ点或いはＡ点の位置から９０°、１８０°、２７
０°回転した位置の内の何れかであるＣ点の両側に任意
の鋭角θ1 の位置に振動を励振する駆動電極Ｅ1 および
駆動電極Ｅ2 を設置し、駆動電極Ｅ1 から１８０°回転
した位置に振動を検出する振幅検出電極Ｅ6 を設置する
と共に駆動電極Ｅ2 から１８０°回転した位置に振動検
出用の振幅検出電極Ｅ7 を設置し、更にＡ点から４５
°、１３５°、２２５°、３１５°回転した位置の内の
何れかから両側に任意の鋭角θ2 の位置にモニタ電極Ｅ
4 およびモニタ電極Ｅ5 が形成される。
置をＡ点とし、このＡ点の位置の角度を０°とした場
合、Ａ点或いはＡ点の位置から９０°、１８０°、２７
０°回転した位置の内の何れかであるＣ点の両側に任意
の鋭角θ1 の位置に振動を励振する駆動電極Ｅ1 および
駆動電極Ｅ2 を設置し、駆動電極Ｅ1 から１８０°回転
した位置に振動を検出する振幅検出電極Ｅ6 を設置する
と共に駆動電極Ｅ2 から１８０°回転した位置に振動検
出用の振幅検出電極Ｅ7 を設置し、更にＡ点から４５
°、１３５°、２２５°、３１５°回転した位置の内の
何れかから両側に任意の鋭角θ2 の位置にモニタ電極Ｅ
4 およびモニタ電極Ｅ5 が形成される。
【００２６】駆動電極Ｅ1 および駆動電極Ｅ2 には、リ
ング状振動体８０を駆動振動せしめる交流電圧がそれぞ
れの振幅制御回路１１および第２振幅制御回路１２から
供給される。振幅検出電極Ｅ6 および振幅検出電極Ｅ7
は、リング状振動体８０の自身の設置位置における振動
の大きさを検出する電極であり、振幅検出回路１３およ
び第２振幅検出回路１４により振動振幅の大きさを検出
する。振幅制御回路１３および第２振幅制御回路１４か
ら出力される信号は、ベクトル合成回路４３に供給され
て両信号のベクトル合成値が求められる。振幅制御回路
１１から出力され交流の駆動用信号および第２振幅制御
回路１２から出力される交流の駆動用信号の双方の振幅
を制御し、ベクトル合成回路４３の出力であるベクトル
合成値を常時一定に制御する。振幅検出電極Ｅ6 および
振幅検出電極Ｅ7 はリング状振動体８０の振動の大きさ
を検出する電極であり、検出出力は互いに反転位相で同
期検波する同期検波回路２１および第２同期検波回路２
２に供給される。同期検波回路２１および第２同期検波
回路２２は互いに位相の反転した振動の大きさに対応し
た信号を出力し、出力のそれぞれは差動増幅回路６１に
供給されて減算処理された後積分器より成るループフイ
ルタ３１に供給される。ループフイルタ３１の出力ＶO
は、フイードバック制御回路９１に供給され、振幅制御
回路１１および第２振幅制御回路１２の振幅を制御し、
リング状振動体８０に入力角速度が印加されても常時差
動増幅器４４の出力を実質的にゼロに制御するクローズ
ドループ信号処理を実行する。
ング状振動体８０を駆動振動せしめる交流電圧がそれぞ
れの振幅制御回路１１および第２振幅制御回路１２から
供給される。振幅検出電極Ｅ6 および振幅検出電極Ｅ7
は、リング状振動体８０の自身の設置位置における振動
の大きさを検出する電極であり、振幅検出回路１３およ
び第２振幅検出回路１４により振動振幅の大きさを検出
する。振幅制御回路１３および第２振幅制御回路１４か
ら出力される信号は、ベクトル合成回路４３に供給され
て両信号のベクトル合成値が求められる。振幅制御回路
１１から出力され交流の駆動用信号および第２振幅制御
回路１２から出力される交流の駆動用信号の双方の振幅
を制御し、ベクトル合成回路４３の出力であるベクトル
合成値を常時一定に制御する。振幅検出電極Ｅ6 および
振幅検出電極Ｅ7 はリング状振動体８０の振動の大きさ
を検出する電極であり、検出出力は互いに反転位相で同
期検波する同期検波回路２１および第２同期検波回路２
２に供給される。同期検波回路２１および第２同期検波
回路２２は互いに位相の反転した振動の大きさに対応し
た信号を出力し、出力のそれぞれは差動増幅回路６１に
供給されて減算処理された後積分器より成るループフイ
ルタ３１に供給される。ループフイルタ３１の出力ＶO
は、フイードバック制御回路９１に供給され、振幅制御
回路１１および第２振幅制御回路１２の振幅を制御し、
リング状振動体８０に入力角速度が印加されても常時差
動増幅器４４の出力を実質的にゼロに制御するクローズ
ドループ信号処理を実行する。
【００２７】図５を参照して第５の実施例を説明する。
駆動回路１５はリング状振動体８０の共振周波数で発振
する発振回路と自動振幅制御回路より成る。リング状振
動体８０はこの駆動回路１５によりＡ点に形成される駆
動電極Ｅa1と、Ａ点から周方向に９０°回転した角度位
置に形成される検出電極Ｅd1とをリング状振動体８０の
共振周波数で振動振幅を一定に保持して駆動される。ル
ープフイルタ３１の出力ＶO は演算回路４１に入力さ
れ、バランス電圧源４９のバランス電圧Ｖb との間に−
（Ｖb ＋ＶO ）と＋（Ｖb ＋ＶO ）が演算出力される。
−（Ｖb ＋ＶO ）出力は振幅制御回路１１に印加される
と共に、（Ｖb ＋ＶO ）出力は第２振幅制御回路１２に
印加される。振幅制御回路１１および第２振幅制御回路
１２の双方には駆動回路１５から出力されるクロックパ
ルスが入力され、駆動回路１５と同期制御される。振幅
制御回路１１から出力される制御電圧Ｖd1と第２振幅制
御回路１２から出力される制御電圧Ｖd2は、位相が１８
０°相違すると共に絶対量は等しい交流駆動電圧に設定
される。振幅制御回路１１の出力および第２振幅制御回
路１２の出力は、Ｃ点から双方向に例えば２２. ５°程
度の任意の角度θの位置に設置される制御電極Ｅc1、お
よび制御電極Ｅc2に印加される。図５においては、制御
電極Ｅc1および制御電極Ｅc2に振幅が等しく位相が１８
０°相違する制御電圧を印加することにより、リング状
振動体８０の振動方向を制御してモニタ電極Ｅb の検出
電圧をゼロとする。即ち、制御電極Ｅc1および制御電極
Ｅc2に印加される電圧は位相差が１８０°異なり、絶対
値は入力角速度に対応しており、入力角速度に対応して
両制御電極によりリング状振動体８０の振動ベクトルを
回転させ、モニタ電極Ｅb の検出電圧がゼロとする。こ
の場合のジャイロ出力も、他の実施例と同様に、ループ
フイルタ３１の出力を使用することができる。バランス
電圧源４９のバランス電圧Ｖb はリング状振動体８０の
非対称性その他の設計誤差により生ずるオフセット分を
トリミングすることができる。
駆動回路１５はリング状振動体８０の共振周波数で発振
する発振回路と自動振幅制御回路より成る。リング状振
動体８０はこの駆動回路１５によりＡ点に形成される駆
動電極Ｅa1と、Ａ点から周方向に９０°回転した角度位
置に形成される検出電極Ｅd1とをリング状振動体８０の
共振周波数で振動振幅を一定に保持して駆動される。ル
ープフイルタ３１の出力ＶO は演算回路４１に入力さ
れ、バランス電圧源４９のバランス電圧Ｖb との間に−
（Ｖb ＋ＶO ）と＋（Ｖb ＋ＶO ）が演算出力される。
−（Ｖb ＋ＶO ）出力は振幅制御回路１１に印加される
と共に、（Ｖb ＋ＶO ）出力は第２振幅制御回路１２に
印加される。振幅制御回路１１および第２振幅制御回路
１２の双方には駆動回路１５から出力されるクロックパ
ルスが入力され、駆動回路１５と同期制御される。振幅
制御回路１１から出力される制御電圧Ｖd1と第２振幅制
御回路１２から出力される制御電圧Ｖd2は、位相が１８
０°相違すると共に絶対量は等しい交流駆動電圧に設定
される。振幅制御回路１１の出力および第２振幅制御回
路１２の出力は、Ｃ点から双方向に例えば２２. ５°程
度の任意の角度θの位置に設置される制御電極Ｅc1、お
よび制御電極Ｅc2に印加される。図５においては、制御
電極Ｅc1および制御電極Ｅc2に振幅が等しく位相が１８
０°相違する制御電圧を印加することにより、リング状
振動体８０の振動方向を制御してモニタ電極Ｅb の検出
電圧をゼロとする。即ち、制御電極Ｅc1および制御電極
Ｅc2に印加される電圧は位相差が１８０°異なり、絶対
値は入力角速度に対応しており、入力角速度に対応して
両制御電極によりリング状振動体８０の振動ベクトルを
回転させ、モニタ電極Ｅb の検出電圧がゼロとする。こ
の場合のジャイロ出力も、他の実施例と同様に、ループ
フイルタ３１の出力を使用することができる。バランス
電圧源４９のバランス電圧Ｖb はリング状振動体８０の
非対称性その他の設計誤差により生ずるオフセット分を
トリミングすることができる。
【００２８】この発明に使用されるリング共振型振動体
は、シリンドリカル型、半球共振型の如くリング状の振
動部分を有するものでありさえすれば、何れも使用する
ことができる。リング共振型振動体を駆動励振する駆動
電極、および半球共振型振動体の振動を検出する検出電
極であるモニタ電極および振幅検出電極としては、上述
した圧電効果を利用した素子、更に、静電力、磁気力を
利用した素子とすることができる。また、リング状振動
体は、圧電セラミックスをはじめとして恒弾性材のエリ
ンバ、クリスタル、シリコンその他、種々の固体材料が
利用される。以上の実施例は、振動体を圧電セラミック
スで構成し、各部位に駆動用および検出用のと電極と接
地用の電極を近接形成して駆動電極および検出電極とし
ている。
は、シリンドリカル型、半球共振型の如くリング状の振
動部分を有するものでありさえすれば、何れも使用する
ことができる。リング共振型振動体を駆動励振する駆動
電極、および半球共振型振動体の振動を検出する検出電
極であるモニタ電極および振幅検出電極としては、上述
した圧電効果を利用した素子、更に、静電力、磁気力を
利用した素子とすることができる。また、リング状振動
体は、圧電セラミックスをはじめとして恒弾性材のエリ
ンバ、クリスタル、シリコンその他、種々の固体材料が
利用される。以上の実施例は、振動体を圧電セラミック
スで構成し、各部位に駆動用および検出用のと電極と接
地用の電極を近接形成して駆動電極および検出電極とし
ている。
【００２９】
【発明の効果】以上の通りであって、図９に示されるリ
ング共振型振動ジャイロの従来例においては、フィード
バック電極Ｅd に印加される電圧とそれにより発生する
力の変換係数の温度特性および経年変化によりジャイロ
出力の入出力利得、即ち、スケールファクタに悪影響を
与えていた。これに対して、この発明のクローズドルー
プ制御リング共振型振動ジャイロは、Ａ点、或いはＣ点
およびこれと等価のＡ点から９０°回転した位置および
２７０°回転した位置の両側の同一角度位置に駆動電極
を設置し、これら両電極に印加する交流駆動電圧のバラ
ンスを入力角速度の大きさに対応して変化する構成を採
用したことにより駆動電極の特性の差を相殺することが
でき、これによりリング共振型振動ジャイロのスケール
ファクタの温度安定性を改善することができる。
ング共振型振動ジャイロの従来例においては、フィード
バック電極Ｅd に印加される電圧とそれにより発生する
力の変換係数の温度特性および経年変化によりジャイロ
出力の入出力利得、即ち、スケールファクタに悪影響を
与えていた。これに対して、この発明のクローズドルー
プ制御リング共振型振動ジャイロは、Ａ点、或いはＣ点
およびこれと等価のＡ点から９０°回転した位置および
２７０°回転した位置の両側の同一角度位置に駆動電極
を設置し、これら両電極に印加する交流駆動電圧のバラ
ンスを入力角速度の大きさに対応して変化する構成を採
用したことにより駆動電極の特性の差を相殺することが
でき、これによりリング共振型振動ジャイロのスケール
ファクタの温度安定性を改善することができる。
【００３０】振動を検出するモニタ電極および振幅検出
電極についても以上の効果は奏される。即ち、これら検
出電極の温度特性および経年変化はリング共振型振動ジ
ャイロのスケールファクタに影響を及ぼしていたが、こ
の発明は検出電極を２個使用してその差動信号を利用す
ることにより検出電極の特性の差を相殺し、スケールフ
ァクタの安定性を改善することができる。更に、この発
明により、振動ジャイロ一般において解決されるべき最
大の技術的課題であるバイアス温度特性の改善について
も効果を発揮する。
電極についても以上の効果は奏される。即ち、これら検
出電極の温度特性および経年変化はリング共振型振動ジ
ャイロのスケールファクタに影響を及ぼしていたが、こ
の発明は検出電極を２個使用してその差動信号を利用す
ることにより検出電極の特性の差を相殺し、スケールフ
ァクタの安定性を改善することができる。更に、この発
明により、振動ジャイロ一般において解決されるべき最
大の技術的課題であるバイアス温度特性の改善について
も効果を発揮する。
【図１】実施例を説明する図。
【図２】第２の実施例を説明する図。
【図３】第３の実施例を説明する図。
【図４】第４の実施例を説明する図。
【図５】第５の実施例を説明する図。
【図６】リング共振型振動ジャイロの概要を説明する
図。
図。
【図７】振動モードを説明する図。
【図８】振動モードの回転を説明する図。
【図９】従来例を説明する図。
１１ 振幅制御回路 １２ 第２振幅制御回路 ２１ 同期検波回路 ３１ ループフイルタ ４１ 演算回路 ４２ 基準電圧源 ８０ リング状振動体 Ｅ1 Ｅ2 駆動電極 Ｅ3 検出電極
Claims (5)
- 【請求項１】 リング状部を有するリング状振動体を具
備し、 リング状振動体の基準点から周方向両側に任意の鋭角の
角度位置に形成される１対の駆動電極を具備し、 リング状振動体の基準点から周方向両側の４５°および
１３５°の点の合計４点の内の何れかに形成されるモニ
タ電極を具備し、 １対の駆動電極のそれぞれを駆動励振する電圧を発生す
る振幅制御回路を具備し、 モニタ電極の検出出力を入力して振動の大きさに対応す
る信号を出力する同期検波回路を具備し、 同期検波回路の出力端を入力端に接続して同期検波回路
の出力を積算するループフイルタを具備し、 基準電圧源の基準電圧からループフイルタの出力を減算
加算処理する演算回路を具備し、 演算回路の減算出力端を一方の振幅制御回路に接続する
と共に演算回路の加算出力端を他方の振幅制御回路に接
続して、駆動電極を駆動励振する振幅制御回路の出力電
圧を規定することを特徴とするクローズドループ制御リ
ング共振型振動ジャイロ。 - 【請求項２】 請求項１に記載されるクローズドループ
制御リング共振型振動ジャイロにおいて、 モニタ電極はその形成される点の近傍においてこの点か
ら周方向両側に任意の鋭角の角度位置に形成される１対
のモニタ電極に分割形成し、 分割形成されたモニタ電極の内の他方のモニタ電極の検
出出力を入力して振動の大きさに対応する信号を出力す
る第２同期検波回路を具備し、両同期検波回路は互いに
位相の反転した振動の大きさに対応した信号を出力する
反転位相同期検波され、 両同期検波回路の出力端が接続される反転入力端および
非反転入力端を有する差動増幅器をループフイルタの前
段に具備することを特徴とするクローズドループ制御リ
ング共振型振動ジャイロ。 - 【請求項３】 請求項１に記載されるクローズドループ
制御リング共振型振動ジャイロにおいて、 １対の駆動電極のそれぞれから周方向に１８０°回転し
た位置に形成される振幅検出電極を具備し、 振幅検出電極の検出出力を入力して振幅の大きさに対応
する信号を出力する振幅検出回路を振幅検出電極それぞ
れに具備し、 両振幅検出回路の出力を入力して合成するベクトル合成
回路を具備し、 ベクトル合成回路の出力を入力して第２基準電圧源の基
準電圧から減算してその差分電圧を発生する差動増幅器
を具備し、 差分電圧を加算して加算出力を発生する第２ループフイ
ルタを具備し、 第２ループフイルタの加算出力と基準電圧源の発生する
基準信号とを加算する加算器を具備し、 加算器の出力を演算回路の基準信号とすることを特徴と
するクローズドループ制御リング共振型振動ジャイロ。 - 【請求項４】 請求項３に記載されるクローズドループ
制御リング共振型振動ジャイロにおいて、 モニタ電極はその形成される点の近傍においてこの点か
ら周方向両側に任意の鋭角の角度位置に形成される１対
のモニタ電極に分割形成し、 分割形成されたモニタ電極の内の他方のモニタ電極の検
出出力を入力して振動の大きさに対応する信号を出力す
る第２同期検波回路を具備し、両同期検波回路は互いに
位相の反転した振動の大きさに対応した信号を出力する
反転位相同期検波され、 両同期検波回路の出力端が接続される反転入力端および
非反転入力端を有する差動増幅器をループフイルタの前
段に具備することを特徴とするクローズドループ制御リ
ング共振型振動ジャイロ。 - 【請求項５】 リング状部を有するリング状振動体を具
備し、基準点から周方向両側に９０°或いは１８０°回
転した角度位置の任意の位置に形成される駆動電極を具
備し、 その駆動電極から周方向に９０°或いは１８０°回転し
た角度位置に形成される検出電極を具備し、 リング状振動体の共振周波数で発振する発振回路と自動
振幅制御回路より成る駆動回路を具備し、 リング状振動体の基準点から周方向両側に任意の鋭角の
角度位置に形成される１対の制御電極を具備し、 リング状振動体の基準点から周方向両側の４５°および
１３５°の点の合計４点の内の何れかに形成されるモニ
タ電極を具備し、 １対の制御電極それぞれを制御励振する電圧を発生する
振幅制御回路を具備し、 モニタ電極の検出出力を入力して振動の大きさに対応す
る信号を出力する同期検波回路を具備し、 同期検波回路の出力端を入力端に接続して同期検波回路
の出力を積算するループフイルタを具備し、 ループフイルタの出力に正および負の極正を付与して出
力する演算回路を具備し、 演算回路の負出力端を一方の振幅制御回路に接続すると
共に演算回路の正出力端を他方の振幅制御回路に接続し
て制御電極を駆動励振する振幅制御回路の出力電圧を規
定することを特徴とするクローズドループ制御リング共
振型振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11197243A JP2001021362A (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11197243A JP2001021362A (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001021362A true JP2001021362A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16371239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11197243A Withdrawn JP2001021362A (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001021362A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7219529B2 (en) | 2002-11-20 | 2007-05-22 | Bae Systems Plc | Method and apparatus for measuring scalefactor variation in a vibrating structure gyroscope |
| JP2008012093A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Nec Tokin Corp | 健康器具 |
| JP2008241706A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-10-09 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | デュアル共振子を有するｉｉ型コリオリ振動ジャイロにおけるスケール・ファクタの自己較正方法 |
| JP2010096765A (ja) * | 2008-10-14 | 2010-04-30 | Watson Industries Inc | 直角位相制御を備えた振動構造ジャイロスコープ |
| JP2011027561A (ja) * | 2009-07-27 | 2011-02-10 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 圧電体膜を用いた振動ジャイロ |
| JP2012506041A (ja) * | 2008-10-20 | 2012-03-08 | サジェム デファンス セキュリテ | 振動型ジャイロスコープによるジャイロ測定 |
| JP2016130731A (ja) * | 2015-01-12 | 2016-07-21 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 性能向上のための、コリオリ振動ジャイロスコープ（ｃｖｇ）の再分配制御のための手法 |
| CN110470291A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-19 | 中国海洋大学 | 一种mems谐振式陀螺仪接口电路与测控*** |
-
1999
- 1999-07-12 JP JP11197243A patent/JP2001021362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7219529B2 (en) | 2002-11-20 | 2007-05-22 | Bae Systems Plc | Method and apparatus for measuring scalefactor variation in a vibrating structure gyroscope |
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| US8661898B2 (en) | 2008-10-14 | 2014-03-04 | Watson Industries, Inc. | Vibrating structural gyroscope with quadrature control |
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| CN110470291A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-19 | 中国海洋大学 | 一种mems谐振式陀螺仪接口电路与测控*** |
| CN110470291B (zh) * | 2019-09-04 | 2023-11-24 | 中国海洋大学 | 一种mems谐振式陀螺仪接口电路与测控*** |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061003 |