JP2006194701A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

【課題】振動子の温度変化に応じて変動するバイアスを精度よく補償した角速度信号ωaを生成し、かつ信頼性の高い簡単な構造の振動ジャイロの提供。
【解決手段】検出信号101bは、振動子1が受ける角速度ωを表す。振動子1の共振周波数は振動子1の温度の関数である。自励発振部2は振動子1の共振周波数で自励振動をする。この自励振動による信号102は、周波数の情報を保持したまま波形整形信号103となり、信号103の周波数は周波数計測部81で計測される。周波数計測部81の出力181は、周波数データであるが、振動子1の温度に対応しているので、温度信号181として出力される。バイアス補償量演算部82は、温度信号181で表される温度データに基づき、バイアス補償量信号108を生成する。アナログ加算器9は、角速度信号107にバイアス補償量信号108を加え、バイアスの補償された角速度信号ωaを生成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、機械的な共振周波数で振動する振動子と、該振動子の角速度に応じたコリオリ力により該振動子に生じる振動を検出振動として検出する検出回路とを有する振動ジャイロに関し、特に温度によるバイアス及びスケールファクタの変動の補正が可能な振動ジャイロの補償量演算部に関する。

振動ジャイロの基本原理は、例えば非特許文献１に記載されている。この種の振動ジャイロで振動子として、Ｕ字形、４脚形、６脚形等の音叉型振動子や音辺形といった各種形状のものが用いられている。振動子をなす振動体の材料としては、エリンバ等の恒弾性材料、シリコン又は水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト等の圧電性単結晶が用いられる。振動体が恒弾性材料やシリコンであるときは、振動体に圧電セラミックでなる圧電素子を貼付し、その圧電素子には電極を蒸着する。振動体が圧電性単結晶でなるときは、電極を蒸着する。電極としては、駆動信号を加えるための駆動電極および検出振動を取り出すための検出電極がある。

６脚形振動子の振動ジャイロの例が特許文献１又は特許文献２に記載されている。図８は、特許文献１又は特許文献２に記載の音叉型振動ジャイロの基本構造及びその作動を説明するための図である。但し、６脚形振動子は、矩形板状の胴部の両端部に駆動用３脚および検出用の３脚をそれぞれ等間隔に配置してなるが、その３脚のうちの中央の脚は、振動の安定化のためものであり、作用原理の説明では重要ではないので、図８には中央脚を省略した４脚形の振動子を挙げた。図８の振動子は、胴部１０と、駆動脚（特許文献１では、駆動側アーム）１１１と、検出脚（特許文献１では、検出側アーム）１１２とでなる。駆動脚１１１は励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂでなる。検出脚１１２は振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂでなる。

図８（Ａ）は音叉型振動ジャイロに対する回転の入力がないときの振動子の状態を表し、同図（Ｂ）は音叉型振動ジャイロに対し回転の入力があるときの振動子の状態を表す。励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは、互いに対をなし、逆位相で振動する。振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂは、互いに対をなし、逆位相で振動する。胴部１０は、直方体であり、その平面形（上面１０ａの形）は正方形である（正方形である必要は必ずしもない）。胴部１０における各面は、上面を符号１０ａで現し、底面（図に現れていない）を符号１０ｂで現し、駆動脚１１１側の端面を符号１０ｃで現し、検出脚１１２側の端面（図に現れていない）を符号１０ｄで現し、一方の側面を符号１０ｅで現し、他方の側面（図に現れていない）を符号１０ｆで表すこととする。上面１０ａ及び底面１０ｂを主面と称する

胴部１０、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂ並びに振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂは、１つの圧電単結晶体でなり、一枚の板状の圧電単結晶から切り出された形をなす。胴部１０、励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂ及び振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂの厚みは同一である。励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂが励振されていない状態、即ち静止状態では、励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂの軸及び振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂの軸は、胴部１０の端面１０ｃ及び１０ｄにそれぞれ垂直である。励振用駆動脚１１１ａ及び振動用検出脚１１２ａの軸は同一の軸線上にある。同様に、励振用駆動脚１１１ｂ及び振動用検出脚１１２ｂの軸も同一の軸線上にある。また、胴部１０の重心を通り、側面１０ｅ平行な面に関し、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは対称であり、また振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂも対称である。励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂ及び振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂには駆動用電極及び検出用電極がそれぞれ設けてある（これら電極の図示は省略されている。）。

このような図８の構造の音叉型振動ジャイロにおける駆動用電極に励振用の交流電圧を印加すると、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは、上面１０ａに平行な平面内において互いに反対方向に、即ち逆位相に、振動する。この振動が、音叉型振動ジャイロにおける駆動振動である。駆動振動は、胴部１０の主面（上面１０ａ及び底面１０ｂ）に平行な平面内における振動であり、このような主面に平行な平面内における振動を面内振動と称する。面内振動は、図８（Ａ）において矢印Ｈａ及びＨｂで現してある。この状態で、角速度ωの回転が図８（Ｂ）の入力軸回りに入力されると、脚振動による脚端速度に比例してコリオリ力が発生するので、コリオリ力は脚振動と９０度位相がずれた同じ周波数の振動になる。この振動は、コリオリ力に基づく振動という意味で、コリオリ振動と称することにする。脚端の変位が±ａの範囲になるように脚が振動をしているとき、その脚端速度の絶対値は、脚端の変位が±ａの時にゼロであり、脚端の変位がゼロの時に最大となる。図８の構造の音叉型振動ジャイロでは、角速度ωの回転が図８（Ｂ）の入力軸回りに入力されたとき、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂにコリオリ力が作用し、コリオリ振動Ｃａ及びＣｂがそれぞれ生じる。コリオリ振動Ｃａ及びＣｂは、胴部１０の主面に直交する方向の振動であり、その位相は互いに逆である。胴部１０の主面に直交する方向の振動を面垂直振動と称する。

胴部１０は、板状であるので、その主面に平行な方向の振動、即ち面内振動に対しては極めて高い剛性を有し、他方主面に直交する方向の振動、即ち面垂直振動に対しては相対的に低い剛性を示す。そこで、励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂに生じる振動のうちで、面内振動である駆動振動Ｈａ及びＨｂは、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂには殆ど伝搬せず、他方面垂直振動であるコリオリ振動Ｃａ及びＣｂは高い効率で振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに伝搬する。振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂに伝搬したコリオリ振動が、音叉型振動ジャイロにおける検出振動Ｄａ及びＤｂである。音叉型振動ジャイロは、検出振動Ｄａ及びＤｂにより振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂに現れる電圧を検出用電極で電気信号として取り出すことにより、角速度ωを検出する。

音叉型振動ジャイロでは、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに現れる駆動振動成分がノイズであり、検出振動成分（Ｄａ，Ｄｂ）が信号である。そこで、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂにおける検出振動成分（Ｄａ，Ｄｂ）に対する駆動振動成分の比が信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）となるので、角速度ωを高い精度で検出するには、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに漏れ、現れる駆動振動成分を低減する必要がある。振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに漏れる駆動振動成分は、信号成分[検出振動成分（Ｄａ，Ｄｂ）]に対するバイアスとなり、このバイアスが不安定であれば、角速度ωの検出精度は低下する。バイアスは、振動ジャイロに角速度ωの入力がないときにも検出脚に現れる振動に起因する信号である。バイアスが生じる原因としては、振動子の形状誤差、電極形成誤差、振動子支持構造による振動子の部分的な拘束などがある。

図７は、振動ジャイロの機能ブロック図である。振動ジャイロにおける音叉型振動子として、図８には４脚形の振動子を挙げたが、図７の振動ジャイロでは図示の簡略化のために、振動子はＵ字形とした。振動ジャイロでは、振動子を励振するための駆動信号を振動子に供給することにより、振動子に入力される角速度ωを表す検出信号を振動子から取得する。振動子の脚数が変われば、駆動信号および検出信号の数および位相が変わるが、振動子の脚数に拘わらずが、振動ジャイロの基本構成は変わらない。したがって、図８の４脚形の振動子を備える振動ジャイロも、図７と同様な機能ブロック図の回路で実現できる。図７において、振動子１は、圧電性単結晶製の振動体に駆動電極および検出電極を蒸着してなる。

図７の振動ジャイロは、振動子１、自励発信部２、波形整形部３、位相部４、交流増幅部５、同期検波部６および直流増幅部７でなる。自励発信部２は、振動子１を共振手段とする発信回路であり、駆動信号１０２を生成する。振動子１は、駆動信号１０２により励振され、電極に現れる電気信号を帰還信号１０１ａとして自励発信部２に帰還するとともに、外部から角速度ωの入力があったときに検出電極に現れる検出信号１０１ｂは交流増幅部５へ出力する。波形整形部３は、コンパレータ等でなり、駆動信号１０２の波形を整形し、波形整形駆動信号１０３を出力する。位相部４は、波形整形駆動信号１０３の位相を移送し、参照信号１０４を生成する。交流増幅部５は、交流信号である検出信号１０１ｂを増幅し、増幅検出信号１０５を出力する。同期検波部６は、参照信号１０４でもって増幅検出信号１０５の同期検波を行い、検波信号１０６を出力する。直流増幅部７は、直流信号である検波信号１０６を増幅し、直流増幅した検波信号を角速度信号ωaとして出力する。

振動ジャイロの振動子１は、角速度ωを表す検出信号１０１ｂを出力するが、検出信号１０１ｂは微弱であり、しかも駆動信号１０２とは位相を９０°異にする交流信号である。そこで、振動ジャイロでは、角速度信号ωaを得るために、検出信号１０１ｂを交流増幅部５でまず増幅して交流の信号１０５を出力するとともに、同期検波部６で同期検波することにより、その交流信号１０５を直流の検波信号１０６に変換した後、直流増幅部７でさらに増幅している。また、その同期検波部６で用いる参照信号１０４を生成するために、駆動信号１０２の波形を波形整形部３で整形し、移相部４おいて位相調整を行っている。

「超音波エレクトロニクス振動論―応用と基礎―」、宮川義朗著、朝倉書店 特開２００１-２５５１５２ 特開２００１-２０８５４５ 特開平０５-２８８５５５

振動ジャイロでは、先に図８を参照して説明したように、振動子１の形状誤差や電極形成誤差、振動子搭載構造の影響等によって、振動ジャイロに入力される実際の角速度ωがゼロの場合にも、出力の角速度信号ωaがゼロにならない場合があり、入力角速度ωがゼロのときに出力される角速度信号ωaはバイアスと称される。振動子１に温度変動があると、振動子１の弾性係数、寸法、機械的な歪などが変動する。そこで、バイアスは振動子１の温度により変動する。

また、振動ジャイロに温度変化が加わると、振動子１の圧電的な特性変動あるいは電気回路の電気的な特性変動により、同期検波部６の入力信号１０５と参照信号１０４との位相関係が変動する。この位相の変動は、角速度計測における感度の変化となって表れる。感度が変動すると、振動ジャイロの出力信号である角速度信号ωaが変動し、やはり角速度信号ωaの測定誤差となる。この感度変化に起因する測定誤差は、振動ジャイロという測定器におけるスケールファクタの変化といえる。

図５は、特許文献３で示された補償量演算部を有する振動ジャイロの機能ブロック図である。図５において、１５は振動子１近傍に設置された温度センサ、１８は補償量演算部、９はアナログ加算器である。補償量演算部１８は、Ａ／Ｄ変換器、ＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）及びＤ／Ａ変換器を縦続に接続してなる。図５の符号１乃至７で示す要素は、図７におけるものと同じ作用をする。図５の回路では、直流増幅部７の出力１０７（バイアス補償前の角速度信号）は、アナログ加算器９の一方の入力端に接続されている。補償量演算部１８は、温度センサ１５の出力である温度信号１１５にＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換を施すことによりディジタル化温度信号を生成し、ＰＬＤでそのディジタル化温度信号を処理することによりバイアス補償量信号を生成し、このバイアス補償量信号にＤ／Ａ変換器でＤ／Ａ変換を施し、アナログ化したバイアス補償量信号１１８をアナログ加算器９の他方の入力端に入力している。かくして、図５の振動ジャイロは、符号１５，１８及び９の要素を図７の要素に付加することにより、アナログ加算器９の出力として、バイアスが補償された角速度信号ωaを得ている。バイアスは、振動子１の温度変動に応じて変動するが、バイアス補償量信号１１８は温度信号１１５に基づき補正されているので、バイアス補償量信号１１８により環境温度に拘わらず、バイアスは補償される。特許文献３では、直流増幅部７の出力１０７はバイアスを含んだ角速度信号であるが、角速度信号ωaはそのバイアス成分を除いた角速度ωを表すとされている。バイアスは、振動子１の温度変動に応じて変動するが、バイアス補償量信号１１８は温度信号１１５に基づき補正されているので、バイアス補償量信号１１８により環境温度に拘わらず、バイアスを補償する技術が、特許文献３から一応覗われる。

しかしながら、図５に挙げた特許文献３の振動ジャイロでは、温度センサ１５が振動子１近傍に設置されたとしても、温度センサ１５は振動子１そのものの温度を計測しているわけではないので、バイアス補償量信号１１８には補正誤差が不可避である。また、振動子１近傍への温度センサ１５を設置することは、工数や部品費の増大を伴うので、特許文献３の方式では、環境温度に応じたバイアス補償という機能付与のために振動ジャイロの製造費が増大することは避けられない。そのうえ、温度センサの設置をする特許文献３の方式には、温度センサの複雑な支持構造や脆弱な配線によって、振動ジャイロの信頼性が損なわれるという欠点がある。

さらに、振動ジャイロに温度変化が加わるとき、振動子１の圧電的な特性変動あるいは電気回路特性の電気的な変動により、同期検波部６での入力信号１０５と参照信号１０４との位相関係が変動する。この位相変動は角速度信号ωaに対して感度の変化となって表れるが、特許文献３の方法ではその感度の補正をすることができない。

そこで、本発明の目的は、簡潔な構造で信頼性があり、適正なバイアス補償又は感度補正の少なくとも一方を可能とする補償量演算部を備える振動ジャイロの提供にある。

前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。

（１）振動子と、該振動子の１つの共振周波数を駆動信号として、該振動子を駆動する振動子駆動手段と、該振動子が受ける角速度に応じて該振動子に現れるコリオリ振動を検出する手段と、該振動子が該角速度を受けていないときにおけるコリオリ振動検出手段の出力値であるバイアスを補償するためのバイアス補償量を生成するバイアス補償量生成手段と、該コリオリ振動検出手段の出力と該バイアス補償量との合成をし、該コリオリ振動検出手段の出力から該バイアスを除くことにより、該バイアスを含まない角速度信号を生成するバイアス除去手段とを有する振動ジャイロにおいて、
前記バイアス補償量生成手段は、前記共振周波数に応じて前記バイアス補償量を生成することを特徴とする振動ジャイロ。

（２）前記バイアス補償量生成手段は、前記共振周波数を計測し、計測した周波数に対応する値を前記振動子の温度データとして出力する周波数計測部と、該温度データに基づき前記バイアス補償量を生成するバイアス補償量演算部とを備え、
前記バイアス補償量演算部は、温度を変数とする多項式又はルックアップテーブルを予め記憶しており、前記温度データに対応する前記バイアス補償量を該多項式又はルックアップテーブルにより求める
ことを特徴とする前記（１）に記載の振動ジャイロ。

（３）振動子と、該振動子の１つの共振周波数を駆動信号として、該振動子を駆動する振動子駆動手段と、該振動子が受ける角速度に応じて該振動子に現れるコリオリ振動を検出する手段とを有し、
前記コリオリ振動検出手段は、前記駆動信号の位相を移送することにより参照信号生成する移相部と、前記振動子の出力のコリオリ振動を該参照信号で同期検波する同期検波部とを備えてなる振動ジャイロにおいて、
前記共振周波数の変化に基づく位相補正量信号を生成し、該位相補正量信号を前記移相部に供給する位相量補正手段を備え、
前記位相量補正手段は、前記振動子の温度変動に起因する前記コリオリ振動と前記参照信号との位相差の変動量を補正するだけの大きさの位相を前記位相補正量信号で表し、
前記移相部は、前記位相補正量信号で表される位相補正量だけ前記参照信号の位相を移相する
ことを特徴とする振動ジャイロ。

（４）前記振動子が前記角速度を受けていないときにおける前記コリオリ振動検出手段の出力値であるバイアスを補償するためのバイアス補償量を生成するバイアス補償量生成手段と、該コリオリ振動検出手段の出力と該バイアス補償量との合成をし、該コリオリ振動検出手段の出力から該バイアスを除くことにより、該バイアスを含まない角速度信号を生成するバイアス除去手段とを有し、
前記バイアス補償量生成手段は、前記共振周波数に基づき前記振動子の温度データを取得し、該温度データに応じて前記バイアス補償量を生成する
ことを特徴とする前記（３）に記載の振動ジャイロ。

上記本発明によれば、振動子１の共振周波数が振動子１自体の温度に応じて変動することを利用し、振動子１の温度を計測するので、温度計測位置に伴うバイアス補償誤差が生じない。また本発明によれば、バイアス補償だけでなく、環境温度による感度の変動も補正する補償量演算部を有する振動ジャイロが提供できる。さらに、本発明によれば、温度センサが不要であるので、簡単な構造で小型化が可能であり、また制作費も低廉な信頼性の高い振動ジャイロを提供できる。

次に本発明の実施の形態を挙げ、図面を参照し、本発明を一層具体的に説明する。図１は、本発明の第1の実施の形態の振動ジャイロを示す機能ブロック図である。この実施の形態における補償量演算部８は、波形整形部３の出力の波形整形駆動信号１０３から温度データを得ている。他方、図５に示した従来の振動ジャイロにおける補償量演算部１８は、温度センサ１５の出力の温度信号１１５から温度データを得ていた。そこで、図１の実施の形態における補償量演算部８は、構成および作動において、図５の補償量演算部１８とは相違する。また、図１の実施の形態では、図５の温度センサ１５を要しない。その他の点において、図１の実施の形態は図５の従来の振動ジャイロと同じであるので、以下ではそれら相違点を中心に、図１の実施の形態を説明する。

図１の実施の形態の補償量演算部８は、図５の従来の振動ジャイロと同様に、温度データに基づき、補償量（バイアス推定量の極性を反転した値）を演算し、その補償量を表すバイアス補償量信号１０８を生成し、直流増幅部７の出力信号１０７（バイアス補償前の角速度信号）にバイアス補償量信号１０８を直接加算することにより、バイアスを打ち消している。

図３は、補償量演算部８の具体的構成例を示した第１の実施の形態（図１）の機能ブロック図である。図３の補償量演算部８は、周波数計測部８１およびバイアス補償量演算部８２でなる。周波数計測部８１は、波形整形部３の出力の波形整形駆動信号１０３を受け、波形整形駆動信号１０３の周波数を計測する。波形整形駆動信号１０３の周波数は駆動信号１０２の周波数と同じであるから、周波数計測部８１の計数値は駆動信号１０２の周波数を表す。その駆動信号１０２の周波数は、自励発信部２の発振周波数であるから、振動子１の共振周波数である。

図６は、振動子１の共振周波数と温度との関係を示すグラフである。このように振動子１の共振周波数は、振動子１の熱膨張率や弾性率の温度係数で変動し、振動子１の温度の関数となっている。従って、図３の実施の形態における補償量演算部８では、周波数計測部８１により波形整形駆動信号１０３の周波数を計測することにより、振動子１の温度データを得ることができる。周波数計測部８１の出力信号１８１は、振動子１の共振周波数を表す信号であるとともに、この共振周波数が振動子１の温度に一義的に対応しているので、温度信号でもある。この実施の形態では、信号１８１を温度信号と称することにする。

図３の実施の形態における補償量演算部８は、図５の従来の振動ジャイロにおける温度センサ１５出力の温度信号１１５の代わりに、波形整形駆動信号１０３の周波数を周波数計測部８１で計測することにより、振動子１の温度データを得るとともに、バイアス補償量演算部８２で、その温度データに応じたバイアス補償量を算出して、このバイアス補償量信号１０８を生成している。

バイアス補償量演算部８２は、温度を変数とする多項式あるいはルックアップテーブルを保有し、入力に対して１対１に対応する出力を生成する。多項式における係数あるいはルックアップテーブルのテーブル値を決めるために、振動ジャイロの温度試験により事前にバイアスの計測をする。温度試験は、振動ジャイロの使用環境の温度範囲の全域にわたって、一定温度間隔でバイアスを計測することにより行う。この試験より得た各温度ごとのバイアスの極性を反転した値が、各温度のバイアス補償量である。多項式で補償量を求めるときは、各温度における多項式の値が各温度における補償量となるように、多項式における各係数を計算し、バイアス補償量演算部８２に記憶しておく。ルックアップテーブルで補償量を求めるときは、各温度ごとの補償量を各温度のテーブル値として、バイアス補償量演算部８２に記憶しておく。

図１及び図３を参照して説明した本発明の第１の実施例において、自励発振部２は前述の振動子駆動手段に相当し、波形整形部３、移相部４、交流増幅部５および同期検波部６は前述のコリオリ振動検出手段に相当し、補償量演算部８は前述のバイアス補償量生成手段に相当し、直流増幅部及びアナログ加算器９は前述のバイアス除去手段に相当する。

図２は本発明の第２の実施の形態の振動ジャイロを示す機能ブロック図である。振動ジャイロに温度変化が加わると、振動子１の圧電的な特性変動あるいは電気回路における電気特性の変動により、同期検波部６の入力信号である増幅検出信号１０５と参照信号１０４との位相関係が変動する。この位相変動は、角速度信号ωaの大きさの変動として表れるので、振動ジャイロの感度の変化となる。感度が変動すると、振動ジャイロの出力信号である角速度信号ωaが変動し、やはり角速度信号ωaの測定誤差となる。この感度変化に起因する測定誤差は、振動ジャイロという測定器におけるスケールファクタの変化といえる。図１の実施の形態ではその感度変化に起因する測定誤差は補正できない。

図２の実施の形態では、前記位相変動を補正するために、その変動分の大きさの位相を補正位相量として補償量演算部８０で演算し、その補正位相量を表す位相補正量信号１０８ｂを移相部４に加え、参照信号１０４の位相をその補正位相量だけ移相することにより、同期検波部６の２つの入力信号（増幅検出信号１０５および参照信号１０４）間の位相変動を防止している。このようにして、位相補正量信号１０８ｂに応じた位相量だけ移相部４において参照信号１０４の位相を調整することで、温度変動に起因する感度の変動を補償し、振動ジャイロのスケールファクタの補正が可能となる。また、補償量演算部８０は、図１の実施の形態における補償量演算部８と同様に、バイアス補償量１０８を生成し、角速度信号１０７におけるバイアスを補償する機能も備える。

図４は、補償量演算部８０の具体的構成例を示した第２の実施の形態の機能ブロック図である。補償量演算部８０は、周波数計測部８１、バイアス補償量演算部８２および感度補正演算部８３でなる。図４の補償量演算部８０における周波数計測部８１およびバイアス補償量演算部８２は、図３の補償量演算部８におけるものと同じである。バイアスに対する補償量と感度に対する補正量は異なるので、補償量演算部８０は、バイアス補償量演算部８２とは別に、感度補正演算部８３を備えている。感度補正演算部８３は、図３の実施の形態におけるバイアス補償量演算部８２と同様に、温度を変数とする多項式あるいはルックアップテーブルを保有し、入力に対して１対１に対応する出力を生成する。多項式の係数値あるいはルックアップテーブルのテーブル値を決めるために、振動ジャイロの温度試験を行い、温度変動に起因する増幅検出信号１０５と参照信号１０４との間の位相の変動量を事前に計測する。この位相変動量の極性を反転した値を補正位相量として生成するように、多項式の係数あるいはルックアップテーブルのテーブル値を決定する。感度補正演算部８３における係数またはテーブル値は、前述のバイアス補償量演算部８２における係数値またはテーブル値と同様に決める。感度補正演算部８３は、予め記憶している多項式あるいはルックアップテーブルに、温度信号１８１を適用し、補正位相量を演算し、補正位相量を表す位相補正量信号１０８ｂを生成する。

図２及び図４を参照して説明した本発明の第２の実施例において、自励発振部２は前述の振動子駆動手段に相当し、波形整形部３、移相部４、交流増幅部５および同期検波部６は前述のコリオリ振動検出手段に相当し、補償量演算部８０はバイアス補償量生成手段に相当し、直流増幅部及びアナログ加算器９は前述のバイアス除去手段に相当し、感度補正演算部は前述の位相量補正手段に相当する。

なお、以上には図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明がこれらの実施の形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、上記実施の形態における補償量演算部８,８０（バイアス補償量生成手段に相当）の入力信号は、波形整形された駆動信号１０３であったが、波形整形された駆動信号１０３に代えて駆動信号１０２又は帰還信号１０１ａでも差し支えない。駆動信号１０２および帰還信号１０１ａの周波数は振動子１の温度情報を含むからである。さらに、振動子１の表面であって駆動電極が配置されている面に駆動電極とは別の電極を固着し、その別の電極から取り出した信号を、駆動信号１０３に代えて、補償量演算部８,８０の入力信号としてもよい。補償量演算部８,８０の入力信号の信号源に関する上記の事項は、振動子１の脚の形状がＵ字形、４脚形、６脚形等のいずれであるかに拘わらず、同じである。

本発明の第1の実施の形態の補償量演算部を有する振動ジャイロを示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の補償量演算部を有する振動ジャイロを示す機能ブロック図である。 補償量演算部８の具体的構成例を示す第１の実施の形態の機能ブロック図である。 補償量演算部８０の具体的構成例を示す第２の実施の形態の機能ブロック図である。 温度センサで温度データを取得することにより、バイアス補償を行う従来の振動ジャイロの機能ブロック図である。 振動子における温度と共振周波数との関係を示すグラフである。 振動ジャイロの基本機能を示す図であり、補償量演算部を有しないジャイロの機能ブロック図である。 駆動脚と検出脚とを胴部で結合した構造の音叉型振動ジャイロの作動原理を説明する図である。

符号の説明

１ 振動子
２ 自励発振部
３ 波形整形部
４ 移相部
５ 交流増幅部
６ 同期検波部
７ 直流増幅部
８，１８，８０ 補償量演算部
９ アナログ加算器
１０ 胴部
１０ａ 胴部上面
１０ｂ 胴部底面
１０ｃ、１０ｄ 胴部端面
１０ｅ、１０ｆ 胴部側面
１５ 温度センサ
８１ 周波数計測部
８２ バイアス補償量演算部
８３ 感度補正演算部
１０１ａ 帰還信号
１０１ｂ 検出信号
１０２ 駆動信号
１０３ 波形整形された駆動信号
１０４ 参照信号
１０５ 増幅された検出信号
１０６ 検波信号
１０８，１１８ バイアス補償量信号
１０８ｂ 補正位相量信号
１１１ａ，１１１ｂ 励振用駆動脚
１１２ａ，１１２ｂ 振動用検出脚
１１５，１８１ 温度信号
ω 角速度
ωa 角速度信号
Ｃａ，Ｃｂ コリオリ振動
Ｈａ、Ｈｂ 駆動振動
Ｄａ、Ｄｂ 検出振動

Claims (4)

1. 振動子と、該振動子の１つの共振周波数を駆動信号として、該振動子を駆動する振動子駆動手段と、該振動子が受ける角速度に応じて該振動子に現れるコリオリ振動を検出する手段と、該振動子が該角速度を受けていないときにおけるコリオリ振動検出手段の出力値であるバイアスを補償するためのバイアス補償量を生成するバイアス補償量生成手段と、該コリオリ振動検出手段の出力と該バイアス補償量との合成をし、該コリオリ振動検出手段の出力から該バイアスを除くことにより、該バイアスを含まない角速度信号を生成するバイアス除去手段とを有する振動ジャイロにおいて、
   前記バイアス補償量生成手段は、前記共振周波数に応じて前記バイアス補償量を生成することを特徴とする振動ジャイロ。
2. 前記バイアス補償量生成手段は、前記共振周波数を計測し、計測した周波数に対応する値を前記振動子の温度データとして出力する周波数計測部と、該温度データに基づき前記バイアス補償量を生成するバイアス補償量演算部とを備え、
   前記バイアス補償量演算部は、温度を変数とする多項式又はルックアップテーブルを予め記憶しており、前記温度データに対応する前記バイアス補償量を該多項式又はルックアップテーブルにより求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動ジャイロ。
3. 振動子と、該振動子の１つの共振周波数を駆動信号として、該振動子を駆動する振動子駆動手段と、該振動子が受ける角速度に応じて該振動子に現れるコリオリ振動を検出する手段とを有し、
   前記コリオリ振動検出手段は、前記駆動信号の位相を移送することにより参照信号生成する移相部と、前記振動子の出力のコリオリ振動を該参照信号で同期検波する同期検波部とを備えてなる振動ジャイロにおいて、
   前記共振周波数の変化に基づく位相補正量信号を生成し、該位相補正量信号を前記移相部に供給する位相量補正手段を備え、
   前記位相量補正手段は、前記振動子の温度変動に起因する前記コリオリ振動と前記参照信号との位相差の変動量を補正するだけの大きさの位相を前記位相補正量信号で表し、
   前記移相部は、前記位相補正量信号で表される位相補正量だけ前記参照信号の位相を移相する
   ことを特徴とする振動ジャイロ。
4. 前記振動子が前記角速度を受けていないときにおける前記コリオリ振動検出手段の出力値であるバイアスを補償するためのバイアス補償量を生成するバイアス補償量生成手段と、該コリオリ振動検出手段の出力と該バイアス補償量との合成をし、該コリオリ振動検出手段の出力から該バイアスを除くことにより、該バイアスを含まない角速度信号を生成するバイアス除去手段とを有し、
   前記バイアス補償量生成手段は、前記共振周波数に基づき前記振動子の温度データを取得し、該温度データに応じて前記バイアス補償量を生成する
   ことを特徴とする請求項３に記載の振動ジャイロ。

Images