JP2536261B2

JP2536261B2 - 検出回路

Info

Publication number: JP2536261B2
Application number: JP2225845A
Authority: JP
Inventors: 武中村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPH04106409A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は検出回路に関し、特にたとえば３角柱状の
振動ジャイロの出力を測定するための検出回路に関す
る。

（従来技術）第５図はこの発明の背景となる従来の検出回路の一例
を示すブロック図である。この検出回路１は、たとえば
３角柱状の振動ジャイロ２の出力を測定するために用い
られる。

振動ジャイロ２の２つの圧電素子３と他の圧電素子４
との間には、励振信号発生回路５が接続される。この場
合、振動ジャイロ２の２つの圧電素子３には、それぞれ
抵抗６を介して、信号発生回路５が接続される。さら
に、これらの圧電素子３の出力は、差動回路７に入力さ
れる。差動回路７の出力は、同期検波回路８で励振信号
の周波数に同期して検波される。そして、検波された信
号が直流増幅回路９で増幅される。

振動ジャイロ２は、励振信号発生回路５によって、他
の圧電素子４の主面に直交する方向に屈曲振動させられ
る。このとき、２つの圧電素子３間の静電容量の差から
発生する信号が互いに同じになるように調整することに
より、差動回路７からの出力は０となる。

振動ジャイロ２がその軸を中心として回転した場合、
振動ジャイロ２の振動方向と直交する方向にコリオリ力
が働く。そのため、振動ジャイロ２の振動方向は、無回
転時の振動方向からずれる。そのため、２つの圧電素子
３間に出力の差が生じ、差動回路７から出力が得られ
る。この出力は、回転角速度の大きさに応じた値とな
る。したがって、この出力を同期検波して、直流増幅し
た出力を測定することによって、振動ジャイロ２に加わ
った回転角速度を測定することができる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、圧電素子の静電容量は雰囲気温度や経
時変化などによってそれぞれの値自体が初期値から変化
することおよびその変化度合が異なることによる差値の
変化により、無回転時においても差動回路から出力がで
るようになる。この出力が測定誤差となり、正確な回転
角速度を測定することができなくなる。

このような静電容量の変動による誤差を取り除くため
に検出回路にフィルタなどを取り付けることが考えられ
るが、フィルタなどを取り付けると回路が複雑になって
しまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な回路
で、雰囲気温度の変化や経時変化によって、測定誤差が
発生しにくい検出回路を提供することである。

（課題を解決するための手段）この発明は、多角柱状の振動体と、振動体の少なくと
も平行でない２つの側面に形成される圧電素子とを含む
振動ジャイロの出力を測定するための検出回路であっ
て、振動体を励振するための励振周波数を有する主信号
を２つの圧電素子に印加するための励振信号発生回路
と、主信号のｎ倍または1/n倍の周波数を有する副信号
を２つの圧電素子に印加するための副信号送出回路と、
２つの圧電素子からの出力の差を検出するための差動回
路と、主信号に同期して差動回路からの出力を検波する
ための第１の検波回路と、副信号に同期して差動回路か
らの出力を検波するための第２の検波回路と、第１の同
期検波回路からの出力と第２の同期検波回路からの出力
とを合成するための合成回路とを含む、検出回路であ
る。

（作用）主信号で振動体が屈曲振動させられ、振動体に回転角
速度が加わったときに、回転角速度に応じた出力と圧電
素子の静電容量の差から発生する誤差とを含む出力が、
主信号の周波数で差動回路から出力される。さらに、圧
電素子の静電容量の差から発生する誤差に相当する出力
が、副信号の周波数で差動回路から出力される。

これらの混合された出力が、主信号の周波数に同期し
て検波されることにより、副信号成分が相殺される。ま
た、混合された出力が、副信号の周波数に同期して検波
されることにより、主信号成分が相殺される。そして、
検出された主信号成分と副信号成分とが合成される。

（発明の効果）この発明によれば、検波された主信号成分と検波され
た副信号成分とを合成することによって、圧電素子の静
電容量の差から発生する誤差が取り除かれる。そのた
め、回転角速度が応じた出力だけを得ることができ、正
確に回転角速度を測定することができる。

また、この発明によれば、圧電素子の静電容量の差か
ら生じる誤差を取り除くために、フィルタなどを取り付
ける必要がなく、回路を簡単にすることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利
点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。この検出回路10は、たとえば振動ジャイロ12の出力
を検出するために用いられる。振動ジャイロ12は、第2A
図および第2B図に示すように、たとえば正３角柱状の振
動体14を含む。この振動体14は、たとえばエリンバ，鉄
−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミックな
ど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成される。

この振動体14には、その３つの側面の中央部にそれぞ
れ圧電素子16a,16bおよび16cが形成される。圧電素子16
aは、たとえば磁器からなる圧電層18aを含み、圧電層18
aの両主面にはそれぞれ電極20aおよび22aが形成され
る。なお、これらの電極20aおよび22aは、たとえば金，
銀，アルミニウム，ニッケル，銅−ニッケル合金（モネ
ルメタル）などの電極材料で、たとえばスパッタリン
グ，蒸着などの薄膜技術であるいはその材料によっては
印刷技術で形成される。同様に、他の圧電素子16b,16c
も、それぞれ、たとえば磁器からなる圧電層18b,18cを
含み、それらの圧電層18b,18cの両主面にも、電極20b,2
2bおよび電極20c,22cが形成される。そして、これらの
圧電素子16a〜16cの一方の電極20a〜20cは、たとえば導
電接着剤で振動体14に接着される。

さらに、振動体14のノード点近接は、たとえば金属線
からなる支持部材24および26で支持される。この支持部
材24および26は、たとえば溶接することによって、振動
体14のノード点近傍に固着される。

圧電素子16aには抵抗28が接続され、圧電素子16bには
抵抗30が接続される。これらの抵抗28,30には、位相補
正回路32を介して発振回路出力源34が接続される。これ
らの位相補正回路32と発振回路出力源34とで励振信号発
生回路36が形成される。さらに、別の圧電素子16cに、
発振回路出力源34が接続される。したがって、圧電素子
16a,16bと圧電素子16cとの間に振動体14の共振周波数を
有する主信号を印加すれば、振動体14は圧電素子16cの
主面に直交する方向に屈曲振動する。

さらに、圧電素子16aおよび16bには、副信号送出回路
38が接続される。この実施例では、副信号送出回路38は
発振回路出力源34に接続され、分周することによって主
信号の1/2の周波数を有する副信号送出される。この副
信号が、圧電素子16a,16bに印加される。

また、２つの圧電素子16a,16bは、差動回路40の入力
側に接続される。差動回路40の出力側は、第１の同期検
波回路42の入力側に接続され、その出力側は直流増幅回
路44に接続される。この第１の同期検波回路42は、発振
回路出力源34からの信号によって、主信号に同期して差
動回路40の出力を検波する。

さらに、差動回路40の出力側は、第２の同期検波回路
46の入力側に接続され、その出力側は直流増幅回路44に
接続される。この第２の同期検波回路46は、副信号送出
回路38からの信号によって、副信号に同期して差動回路
40の出力を検波する。

振動ジャイロ12の圧電素子16a,16bには、主信号と副
信号とが印加される。このとき、振動体14は、共振周波
数を有する主信号によって屈曲振動されられる。ここ
で、振動ジャイロ12に回転角速度が加わると、コリオリ
力が働いて振動方向が変わり、圧電素子16aに発生する
電圧と圧電素子16bに発生する電圧との間に差が生じ
る。そのため、差動回路40からは、主信号と同じ周波数
で回転角速度に応じた出力が得られる。このとき、圧電
素子16aと圧電素子16bとの間に静電容量の差がある場
合、差動回路40からの出力には、これらの静電容量の差
から生じる出力も含まれる。

また、副信号は振動体14の共振周波数を有しないた
め、差動回路40からはコリオリ力に応じた出力が得られ
ず、副信号と同じ周波数で圧電素子16aと圧電素子16bの
静電容量の差から生じる出力が得られる。つまり、差動
回路40からは、主信号と同じ周波数の出力と、副信号と
同じ周波数の出力とが、混合された形で得られる。

差動回路40からの出力は、第１の同期検波回路42で、
主信号に同期して検波される。この場合、第３図に示す
ように、たとえば主信号が正の部分に同期して検波され
る。このとき、副信号は相殺されて、主信号だけが検波
される。この主信号には、回転角度速度に応じた出力と
圧電素子16a,16bの静電容量の差から生じる出力とが含
まれる。

さらに、第２の同期検波回路46では、差動回路40から
の出力が、副信号に同期して検波される。この場合、第
４図に示すように、たとえば副信号が正の部分に同期し
て検波される。このとき、主信号は相殺されて、副信号
だけが検波される。この副信号には、圧電素子16a,16b
の静電容量の差から生じる出力のみが含まれる。

第１の同期検波回路42からの出力と第２の同期検波回
路46からの出力とは、合成回路を含む直流増幅回路44で
合成されて、直流増幅される。このとき、２つの出力
は、圧電素子16aと圧電素子16aの静電容量の差から生じ
る出力を打ち消すように合成される。このようにするこ
とによって、直流増幅回路44からは、回転角速度に応じ
た出力だけが得られる。したがって、この直流増幅回路
44からの出力を測定すれば、正確に振動ジャイロ12に加
わった回転角速度を測定することができる。

つまり、この検出回路10を用いれば、温度変化や経時
変化などによって圧電素子16a,16bの静電容量が変動し
ても、測定誤差が大きくならない。したがって、振動ジ
ャイロ12の精度を良くし、分解能を向上させることがで
きる。また、圧電素子16a,16bの静電容量の差による誤
差を無視するとができるため、調整作業を少なくするこ
とができる。さらに、この検出回路10では、誤差をなく
すためにフィルタなどを取り付ける必要がなく、回路が
簡単である。

なお、上述の実施例では、副信号として主信号の周波
数の1/2の周波数を有する信号を用いたが、副信号の周
波数としては、主信号のｎ倍または1/n倍の周波数を有
する信号を用いてもよい。この場合でも、差動回路40か
らの出力を主信号および副信号に同期させて検波するこ
とにより、回転角速度に応じた出力だけを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。第2A図は第１図に示す検出回路で検出される振動ジャイ
ロを示す斜視図であり、第2B図は第2A図の線II B−II B
における断面図である。第３図は第１の同期検波回路で同期検波を行った状態を
示す波形図である。第４図は第２の同期検波回路で同期検波を行った状態を
示す波形図である。第５図はこの発明の背景となる従来の検出回路の一例を
示すブロック図である。図において、10は検出回路、12は振動ジャイロ、14は振
動体、16a,16bおよび16cは圧電素子、36は励振信号発生
回路、38は副信号送出回路、40は差動回路、42は第１の
同期検波回路、44は直流増幅回路、46は第２の同期検波
回路を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多角柱状の振動体と、前記振動体の少なく
とも平行でない２つの側面に形成される圧電素子とを含
む振動ジャイロの出力を測定するための検出回路であっ
て、前記振動体の励振するための励振周波数を有する主信号
を前記２つの圧電素子に印加するための励振信号発生回
路、前記主信号のｎ倍または1/n倍の周波数を有する副信号
を前記２つの圧電素子に印加するための副信号送出回
路、前記２つの圧電素子からの出力の差を検出するための差
動回路、前記主信号に同期して前記差動回路からの出力を検波す
るための第１の検波回路、前記副信号に同期して前記差動回路からの出力を検波す
るための第２の検波回路、および前記第１の同期検波回路からの出力と前記第２の同期検
波回路からの出力とを合成するための合成回路を含む、
検出回路。