JPH05240649A - 振動型角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動型角速度検出装置において、余分な回路を
採用することなく、各圧電素子の感度やオフセット量の
変動をなくする。 【構成】車両が角速度を生じているとき、両検出用圧電
素子３０ａ、３０ｂが、両振動片２０ａ、２０ｂの振動
に伴い角速度振動電圧を発生する。増幅器５１が同角速
度振動電圧を増幅振動電圧に増幅する。増幅振動電圧が
接地レベルよりも高いときにのみコンパレータ５２がハ
イレベルにて比較電圧を発生する。移相回路４２の移相
制御電圧が接地レベルよりも高いときにのみコンパレー
タ５３がハイレベルにて比較電圧を発生する。排他的論
理和回路５４が両比較電圧の排他的論理和をとりゲート
電圧を発生する。ＬＰＦ６０が排他的論理和回路５４か
らのゲート電圧の低周波数成分をフィルタ電圧として発
生する。増幅器７０がＬＰＦ６０のフィルタ電圧を角速
度電圧に増幅し出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角速度検出装置に係
り、特に、車両その他の移動体の角速度を、振動子に作
用するコリオリの力を利用して検出するに適した振動型
角速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の振動型角速度検出装置に
おいては、特開昭６２ー５２４１０号公報に示されてい
るように、移動体の振動方向に振動するように駆動用振
動片を移動体の一部から延出させ、移動体に角速度が生
じたとき駆動用振動片とは直角方向に振動するように検
出用振動片を同駆動用振動片から延出させ、駆動用振動
片を圧電作用により振動させるように同駆動用振動片に
駆動用圧電素子を固着し、移動体の角速度を圧電変換作
用により検出するように検出用振動片に検出用圧電素子
を固着し、かつ、この検出用圧電素子と同一の特性を有
し駆動用振動片の振動を圧電変換するように同駆動用振
動片に振動参照用圧電素子を固着することによって装置
本体を構成し、移相回路により参照用圧電素子の圧電変
換出力の位相を９０度ずらせるように制御し、整流回路
により振動参照用圧電素子の圧電変換出力を整流し、検
出用圧電素子の検出出力と一定の関係を有する基準値と
整流回路の整流出力との差を差動増幅回路により差動増
幅し、振動参照用振動片の圧電変換出力が一定となるよ
うに移相回路の位相制御出力と差動増幅回路の差動増幅
出力とを合成回路により合成して駆動用圧電素子に付与
し、かつ、検出用圧電素子の検出出力を位相回路の位相
制御出力に基づき同期検波回路により同期検波して角速
度出力信号として発生するようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成においては、振動参照用圧電素子の振動振幅を上述
のように一定にすることにより、検出用圧電素子の検出
出力を移相回路の位相制御出力に基づき同期検波回路に
より同期検波し、周囲温度による各圧電変換素子の感度
の変動や検出用圧電素子の検出出力中のオフセット量の
変動を防止し得る。 しかしながら、上述のように、振
動参照用圧電素子の振動振幅を一定に制御する必要があ
るため、整流回路、差動増幅回路や合成回路等の余分な
回路を採用しなければならず、角速度検出装置としての
回路構成が複雑になるという不具合があった。また、振
幅制御の精度の向上にも一定の限界があるため、温度変
動に対し振動振幅の変動を実質的に零にすることは極め
て困難であった。その結果、各圧電素子の感度の温度変
動や検出用圧電素子の検出出力中のオフセット量の変動
を実質的に零にすることは困難であった。

【０００４】そこで、本発明は、このようなことに対処
すべく、振動型角速度検出装置において、上述のような
振動振幅を一定にするというような各種の余分な回路を
採用することなく、各圧電素子の感度やオフセット量の
変動をなくするようにしようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、本発明の構成上の特徴は、移動体の一部に振動可能
に設けられた振動部材と、同振動部材に固着されて同振
動部材を一方向に振動させるように駆動する駆動用圧電
素子と、前記振動部材に固着されて移動体の角速度に応
じ前記振動部材に前記一方向と交差する方向に生ずる振
動を検出し角速度振動検出信号を発生する検出用圧電素
子と、前記振動部材に固着されて前記検出用圧電素子と
同一の特性を有し記振動部材の振動を検出し振動参照信
号を発生する振動参照用圧電素子と、前記振動参照信号
の位相をほぼ９０度だけ移相するように制御し位相制御
出力として前記駆動用圧電素子にこれを駆動すべく付与
する位相制御手段と、前記移相制御出力に基づき前記角
速度振動検出信号を同期検波して前記角速度を表す出力
信号として発生する同期検波手段とからなる振動型角速
度検出装置において、前記移相制御出力をディジタル化
処理する第１ディジタル化処理手段と、前記角速度振動
検出信号をディジタル化処理する第２ディジタル化処理
手段と、これら第１及び第２のディジタル化処理手段か
らの両ディジタル化処理出力の排他的論理和処理をし前
記出力信号として発生する排他的論理和処理手段とによ
り、前記同期検波手段を構成するようにしたことにあ
る。

【０００６】

【発明の作用・効果】このように本発明を構成したこと
により、前記駆動用圧電素子が前記位相制御手段との協
働により前記振動部材を一方向に振動している状態にお
いて、移動体に角速度が生ずると、前記検出用圧電素子
が、前記角速度に応じて前記振動部材に前記一方向と交
差する方向に生ずる振動を検出し、前記振動参照用圧電
素子が、前記検出用圧電素子と同一の特性のもとに、前
記振動部材の一方向の振動を検出し振動参照信号を発生
し、前記移相制御手段が、前記振動参照信号を、その位
相をほぼ９０度だけ移相するように制御し位相制御出力
として前記駆動用圧電素子に付与する。このような状態
において、前記同期検波手段の第１ディジタル化処理手
段が前記移相制御出力をディジタル化処理し、前記第２
ディジタル化処理手段が前記角速度振動検出信号をディ
ジタル化処理し、かつ、前記排他的論理和処理手段がこ
れら第１及び第２のディジタル化処理手段からの両ディ
ジタル化処理出力の排他的論理和処理をし前記角速度を
表す同期検波出力として出力する。このため、前記同期
検波手段を前記両ディジタル化処理手段と前記排他的論
理和処理手段とにより構成するのみで、前記角速度振動
検出信号を、振幅とは無関係に位相との関連で同期検波
して前記角速度出力を得ることができるので、この種の
振動型角速度検出装置の回路構成を著しく簡単にし得る
とともに前記各圧電素子の感度やオフセット量の変動を
確実になくし得る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
ると、図１は、車両の回転角の角速度の検出に適用され
た本発明に係る振動型角速度検出装置を示している。こ
の角速度検出装置は、検出装置本体Ｓと、この検出装置
本体Ｓに接続した信号処理回路Ｅとによって構成されて
いる。検出装置本体Ｓは、金属材料から音叉形状に形成
した駆動素子１０を有しており、この駆動素子１０は、
その基部１１にて、当該車両の車体の一部に垂設されて
いる。また、この駆動素子１０は、その基部１１から互
いに対向して平行に上方へ長手状に延出する一対の駆動
用板状振動片１２、１３を有している。

【０００８】駆動素子１０は、一対の駆動用圧電素子１
４ａ、１４ｂと、一対の振動参照用圧電素子１５ａ、１
５ｂとを備えており、駆動用圧電素子１４ａは、その一
方の電極にて、振動片１２の左側表面に固着されて、そ
の圧電変換作用により振動片１２を左右方向に振動させ
る。一方、駆動用圧電素子１４ｂは、その一方の電極に
て、振動片１３の右側表面に固着されて、その圧電変換
作用により振動片１３を左右方向に振動させる。但し、
両圧電素子１４ａ、１４ｂの諸特性は温度特性をも含め
て互いに実質的に同一である。

【０００９】また、振動参照用圧電素子１５ａは、その
一方の電極にて、振動片１２の右側表面に固着されて、
その圧電変換作用により振動片１２の振動を振動参照電
圧として検出する。一方、振動参照用圧電素子１５ｂ
は、その一方の電極にて、振動片１３の左側表面に固着
されて、その圧電変換作用により振動片１３の振動を振
動参照電圧として検出する。これら両圧電素子１５ａ、
１５ｂは、その各他方の電極にて、互いに接続されて共
通端子を形成し、この共通端子から前記振動参照電圧を
出力する。

【００１０】また、検出装置本体Ｓは、金属材料から形
成した一対の検出用板状振動片２０ａ、２０ｂを有して
おり、振動片２０ａは、その板厚方向を振動片１２の板
厚方向に直交させて、同振動片１２から同軸的に上方へ
長手状に延出している。一方、振動片２０ｂは、その板
厚方向を振動片１３の板厚方向に直交させて、同振動片
１３から同軸的に上方へ長手状に延出している。但し、
各振動片１２、１３が図１にて図示左右方向に振動した
とき、各振動片２０ａ、２０ｂは、当該車両の角速度に
応じたコリオリの力を受けて前後方向に振動する。

【００１１】検出用圧電素子３０ａは、その一方の電極
にて、振動片２０ａの後側表面に固着されて、その圧電
変換作用により振動片２０ａの振動を角速度振動電圧と
して検出する。一方、検出用圧電素子３０ｂは、その一
方の電極にて、振動片２０ｂの後側表面に固着されて、
その圧電変換作用により振動片２０ｂの振動を角速度振
動電圧として検出する。これら両圧電素子３０ａ、３０
ｂは、その各他方の電極にて互いに接続されて共通端子
を形成し、同共通端子から前記角速度振動電圧を出力す
る。但し、両圧電素子３０ａ、３０ｂの諸特性は温度特
性をも含めて互いに実質的に同一である。また、これら
両圧電素子３０ａ、３０ｂの諸特性は、上述した両圧電
素子１５ａ、１５ｂの諸特性と実質的に同一である。

【００１２】次に、信号処理回路Ｅの構成について説明
すると、この信号処理回路Ｅは、両振動参照用圧電素子
１５ａ、１５ｂに接続した自励発振回路４０を備えてい
る。この自励発振回路４０は増幅器４１を有しており、
この増幅器４１は、両振動参照用圧電素子１５ａ、１５
ｂの共通端子からの振動参照電圧を増幅し増幅参照電圧
として発生する。移相回路４２は増幅器４１からの増幅
参照電圧を、その位相をほぼ９０度だけ移相するように
制御し、移相制御電圧として発生する。増幅器４３は、
移相回路４２からの移相制御電圧を増幅し増幅移相電圧
として両駆動用圧電素子１４ａ、１４ｂの各他方の電極
にこれら各圧電素子１４ａ、１４ｂを駆動すべく付与す
る。

【００１３】同期検波回路５０は増幅器５１を備えてお
り、この増幅器５１は両検出用圧電素子３０ａ、３０ｂ
の共通端子からの角速度振動電圧を増幅し増幅振動電圧
として発生する。コンパレータ５２はその反転入力端子
にて接地されており、このコンパレータ５２の非反転入
力端子は増幅器５１の出力端子に接続されている。しか
して、このコンパレータ５２は、増幅器５１からの増幅
振動電圧が接地レベルよりも高いときにのみハイレベル
にて比較電圧を発生する。一方、コンパレータ５３はそ
の反転入力端子にて接地されており、このコンパレータ
５３の非反転入力端子は移相回路４２の出力端子に接続
されている。しかして、このコンパレータ５３は、移相
回路４２からの移相制御電圧が接地レベルよりも高いと
きにのみハイレベルにて比較電圧を発生する。排他的論
理和回路５４は両コンパレータ５２、５３からの各比較
電圧の排他的論理和をとりゲート電圧として発生する。

【００１４】ローパスフィルタ６０（以下、ＬＰＦ６０
という）は、排他的論理和回路５４からのゲート電圧中
低周波成分（角速度の周波数成分に相当する）以外の周
波数成分を除去し、前記低周波数成分のみをフィルタ電
圧として発生する。増幅器７０は、ＬＰＦ６０からのフ
ィルタ電圧を増幅し、角速度を表す角速度電圧として発
生する。

【００１５】以上のように構成した本実施例において、
本発明装置を作動状態におけば、駆動素子１０の両駆動
用圧電素子１４ａ、１４ｂが自励発振回路４０との協働
のもとにその各圧電変換作用により両駆動用振動片１
２、１３を駆動する。このため、各振動片１２、１３が
図１にて図示左右方向に振動して各検出用振動片２０
ａ、２０ｂをそれぞれ前後方向へ振動させる。かかる場
合、両振動参照用振動片１４ａ、１４ｂがその共通端子
から両振動片１２、１３の振動に伴い振動参照電圧を発
生すると、自励発振回路４０においては、増幅器４１が
同振動参照電圧を増幅振動電圧（以下、増幅振動電圧Ｖ
1 という）に増幅し、移相回路４２が同増幅振動電圧の
位相をほぼ９０度だけ移相するように制御して移相制御
電圧（以下、移相制御電圧Ｖ2 という）を発生し、増幅
器４３が同移相制御電圧を増幅移相電圧（以下、増幅移
相電圧Ｖ3 という）に増幅して両駆動用圧電素子１４
ａ、１４ｂに付与する。このように、両振動参照用振動
片１４ａ、１４ｂからの振動参照電圧がその位相をほぼ
９０度だけ移相させて両駆動用振動片１４ａ、１４ｂに
帰還されるので、検出装置本体Ｓの駆動素子１０が所定
の共振周波数にて共振状態に維持される。

【００１６】このような状態において、例えば、当該車
両がその走行により左回転しているとき、両検出用圧電
素子３０ａ、３０ｂが、その共通端子から、両振動片２
０ａ、２０ｂの振動に伴い角速度振動電圧を発生する
と、同期検出回路５０においては、増幅器５１が同角速
度振動電圧を増幅振動電圧（以下、増幅振動電圧Ｖ4 ＝
Ｖ41という）に増幅する。しかして、増幅振動電圧Ｖ41
が接地レベルよりも高いときにのみコンパレータ５２が
ハイレベルにて比較電圧（以下、比較電圧Ｖ6 ＝Ｖ61と
いう）を発生する。また、移相回路４２からの移相制御
電圧Ｖ2 が接地レベルよりも高いときにのみコンパレー
タ５３がハイレベルにて比較電圧（以下、比較電圧Ｖ5
という）を発生する。しかして、排他的論理和回路５４
がコンパレータ５２からの比較電圧Ｖ61とコンパレータ
５３からの比較電圧Ｖ5 との排他的論理和をとりゲート
電圧（以下、ゲート電圧Ｖ7 ＝Ｖ71という）を発生す
る。すると、ＬＰＦ６０が、排他的論理和回路５４から
のゲート電圧Ｖ71の低周波数成分をフィルタ電圧（以
下、フィルタ電圧Ｖ8 ＝Ｖ81という）として発生し、増
幅器７０が、ＬＰＦ６０からのフィルタ電圧Ｖ81 を角
速度電圧（以下、角速度電圧Ｖ9＝Ｖ91という）に増幅
して出力する。

【００１７】一方、当該車両が右回転しているとき、両
検出用圧電素子３０ａ、３０ｂが、その共通端子から、
両振動片２０ａ、２０ｂの振動に伴い角速度振動電圧を
発生すると、増幅器５１が同角速度振動電圧を増幅振動
電圧（以下、増幅振動電圧Ｖ4 ＝Ｖ42という）に増幅す
る。しかして、増幅器５１からの増幅振動電圧Ｖ42が接
地レベルよりも高いときにのみコンパレータ５２がハイ
レベルにて比較電圧（以下、比較電圧Ｖ6＝Ｖ62 とい
う）を発生する。また、移相回路４２からの移相制御電
圧Ｖ2 が接地レベルよりも高いときにのみコンパレータ
５３がハイレベルにて比較電圧Ｖ5 を発生する。しかし
て、排他的論理和回路５４がコンパレータ５２からの比
較電圧Ｖ62 とコンパレータ５３からの比較電圧Ｖ5との
排他的論理和をとりゲート電圧（以下、ゲート電圧Ｖ7
＝Ｖ72という）を発生する。すると、ＬＰＦ６０が、排
他的論理和回路５４からのゲート電圧Ｖ72の低周波数成
分をフィルタ電圧（以下、フィルタ電圧Ｖ8 ＝Ｖ82とい
う）として発生する。ついで、増幅器７０が、ＬＰＦ６
０からのフィルタ電圧Ｖ82を角速度電圧（以下、角速度
電圧Ｖ9＝Ｖ92という）に増幅して出力する。

【００１８】但し、当該車両が静止している場合には、
各振動片１２、１３と各振動片２０ａ、２０ｂとの間の
直角からの各ずれ等により各振動片２０ａ、２０ｂに作
用する力Ｆa ＝ｍαに起因して生ずるオフセット電圧が
増幅器５１から増幅振幅電圧ＶOFFとして出力される。
従って、当該車両の左回転時には、増幅振動電圧Ｖ41
が、当該車両の角速度（以下、角速度ωという）に対応
する増幅振動電圧分（以下、増幅振動電圧Ｖω＝Ｖω1
という）とオフセット電圧ＶOFFとを含む。一方、当該
車両の右回転時には、増幅振動電圧Ｖ42が、角速度ωに
対応する増幅振動電圧分（以下、増幅振動電圧Ｖω＝Ｖ
ω2という）とオフセット電圧ＶOFFとを含む。なお、Ｆ
a ＝ｍαにおいて、符号αは各振動片２０ａ、２０ｂの
振動加速度を表し、また、符号ｍは両振動片２０ａ、２
０ｂの質量を表す。

【００１９】ところで、上述した検出装置本体Ｓの駆動
素子１０の所定の共振周波数をΩとすると、その振動振
幅Ｌは次の数１により表される。

【００２０】

【数１】Ｌ ＝ Ａｓｉｎ（Ωｔ） 但し、この数１において、符号Ａは両振動片２０ａ、２
０ｂの図１にて図示左右方向の振動振幅の最大値を表
す。また、振動振幅Ｌを検出する両振動参照用圧電素子
１５ａ、１５ｂの検出出力、即ち増幅器４１の増幅出力
たる増幅振動電圧Ｖ1 に比例する。また、駆動素子１０
の振動速度Ｖｓは数１を時間ｔで微分することにより次
の数２として表される。

【００２１】

【数２】Ｖｓ ＝ ＡΩｃｏｓ（Ωｔ） さらに、当該車両の角速度ωとの関連において、コリオ
リの力Ｆωは、次の数３により表される。

【００２２】

【数３】Ｆω ＝ ２ｍω × Ｖｓ 従って、コリオリの力Ｆωの位相は、増幅器５１からの
増幅振動電圧中の増幅振動電圧Ｖω1又はＶω2の位相と
等しくなる。また、コリオリの力Ｆωの位相は、位相回
路４２からの移相制御電圧Ｖ2の位相とも等しくなる。

【００２３】また、振動加速度αは数２を時間ｔで微分
することにより次の数４により表される。

【００２４】

【数４】α ＝ −ＡΩ²ｓｉｎ（Ωｔ） しかして、この振動加速度αの位相は、上述のオフセッ
ト電圧ＶOFF の位相と等しくなる。

【００２５】以上の関係をベクトル表示すれば、図２の
ようになる。これによれば、当該車両の静止時には、増
幅参照電圧Ｖ1のベクトル値とオフセット電圧ＶOFFのベ
クトル値とは互いに同位相になる。また、当該車両の左
回転時には、増幅振動電圧Ｖ41のベクトル値が、増幅振
動電圧Ｖω1のベクトル値とオフセット電圧ＶOFFとのベ
クトル和で与えられる。一方、当該車両の右回転時に
は、増幅振動電圧Ｖ42のベクトル値が、増幅振動電圧Ｖ
ω2のベクトル値とオフセット電圧ＶOFFとのベクトル和
で与えられる。かかる場合、増幅振動電圧Ｖ41のベクト
ル値はオフセット電圧ＶOFFのベクトル値よりも位相角
θaだけ図２にて図示左側にずれ、一方、増幅振動電圧
Ｖ42 のベクトル値はオフセット電圧ＶOFFのベクトル値
よりも位相角θbだけ図２にて図示右側にずれる。

【００２６】ここで、同期検波回路５０を上述のように
構成した根拠について説明する。上述した数１〜数４に
おいて振幅のみを考えた場合、オフセット電圧ＶOFF 及
び各増幅振動電圧Ｖω1、Ｖω2は検出装置本体Ｓの駆動
素子１０の振動振幅Ｌ（数１参照）に比例することにな
る。従って、図２にて振動振幅Ｌに相当する増幅参照電
圧Ｖ1がＸ倍に変動したとすると、オフセット電圧ＶOFF
及び各増幅振動電圧Ｖω1、Ｖω2もＸ倍に変動する。こ
のことは、振動振幅Ｌが変動しても、各位相角θa、θb
は変動しないことを意味する。換言すれば、角速度ωに
対する感度が、振動振幅Ｌが変動しても、変わらないこ
とになる。従って、オフセット電圧ＶOFF の振幅が変動
しても、ディジタル化により位相角のみを検出している
ため、最終のオフセット出力の変動とはならない。かか
る根拠に基づき同期検波回路５０の構成を上述のように
した。なお、各位相角θa及びθbは、それぞれ、次の数
５及び数６により表される。

【００２７】

【数５】θa ＝ ｔａｎ^-1（Ｖω1／ＶOFF）

【００２８】

【数６】θb ＝ ｔａｎ^-1（Ｖω2／ＶOFF） また、上述の関係を図３（Ａ）〜（Ｄ）及び図４（Ａ）
〜（Ｈ）のタイムチャートにより波形的に示せば、図３
（Ａ）（Ｂ）にて示すごとく移相制御電圧Ｖ2を増幅参
照電圧Ｖ1 よりも９０度移相させた状態において、オフ
セット電圧ＶOFFが、当該車両の静止時には、図３
（Ｃ）の実線で示す波形にて変化する。また、当該車両
の左回転時には、増幅振動電圧Ｖω1 が、図３（Ｃ）の
一点鎖線で示す波形にて変化し、一方、当該車両の右回
転時には、増幅振動電圧Ｖω2 が、図３（Ｃ）の破線で
示す波形にて変化する。

【００２９】従って、当該車両の静止時には、増幅振動
電圧Ｖ4が、オフセット電圧ＶOFFのみで特定され、図３
（Ｄ）の実線で示す波形で変化する。また、当該車両の
左回転時には、図３（Ｃ）のオフセット電圧ＶOFFと増
幅振動電圧Ｖω1との合成で増幅振動電圧Ｖ41として特
定され、図３（Ｄ）の一点鎖線で示す波形にて位相角θ
a だけずれて変化し、一方、当該車両の右回転時には、
図３（Ｃ）のオフセット電圧ＶOFFと増幅振動電圧Ｖω2
との合成で増幅振動電圧Ｖ42として特定され、図３
（Ｄ）の破線で示す波形にて位相角θbだけずれて変化
する。

【００３０】また、コンパレータ５３が移相回路４２か
らの位相制御電圧を接地レベルと比較することによって
出力する比較電圧Ｖ5 は、図４（Ａ）にて示す波形をも
つディジタル信号として変化する。コンパレータ５２が
増幅器５１からの増幅振動電圧Ｖ4を接地レベルと比較
することによって出力する比較電圧Ｖ6は、当該車両の
静止時にはＶ4＝ＶOFFのもとに、比較電圧Ｖ6OFFとし
て、図４（Ｂ）にて示す波形をもつようにディジタル的
に変化する。また、比較電圧Ｖ6 は、当該車両の左回転
時にはＶ4＝Ｖ41のもとに、比較電圧Ｖ61 として、図４
（Ｃ）にて示す波形をもつようにディジタル的に変化
し、一方、当該車両の右回転時にはＶ4＝Ｖ42のもと
に、比較電圧Ｖ62として、図４（Ｄ）にて示す波形をも
つようにディジタル的に変化する。

【００３１】また、両コンパレータ５２、５３からの各
比較電圧に対する排他的論理和回路５４の排他的論理和
出力たるゲート電圧Ｖ7 は、当該車両の静止時にはゲー
ト電圧Ｖ7OFFとして、図４（Ｅ）にて示す波形をもつよ
うにディジタル的に変化する。また、また、ゲート電圧
Ｖ7は、当該車両の左回転時には、ゲート電圧Ｖ71 とし
て、図４（Ｆ）にて示す波形をもつようにディジタル的
に変化し、一方、当該車両の右回転時には、ゲート電圧
Ｖ72として、図４（Ｇ）にて示す波形をもつようにディ
ジタル的に変化する。換言すれば、ゲート電圧Ｖ71又は
Ｖ72は、ゲート電圧Ｖ7OFFに対しデューティの異なる電
圧として形成される。従って、ＬＰＦ６０が排他的論理
和回路５４からのゲート電圧に基づき出力するフィルタ
電圧Ｖ8が増幅器７０により増幅された場合、この増幅
器７０から出力される角速度電圧Ｖ9 は、当該車両の静
止時には角速度電圧Ｖ9OFFとして、図４（Ｈ）にて実線
で示す直流レベルをもつ。また、角速度電圧Ｖ9 は、当
該車両の左回転時には、そのときの角速度ωに対応する
角速度電圧Ｖ91として、図４（Ｈ）にて破線で示す直流
レベルをもち、一方、当該車両の右回転時には、そのと
きの角速度ωに対応する角速度電圧Ｖ92として図４
（Ｈ）にて一点鎖線で示す直流レベルをもつ。

【００３２】以上説明したように、本実施例において
は、同期検波回路５０を、両コンパレータ５２、５３及
び排他的論理和回路５４を主たる構成要素として、振幅
とは無関係に位相差のみを検出することにより同期検波
するようにしたので、この種の振動型角速度検出回路の
うちの電気回路構成の簡単化及び低コスト化を確保しつ
つオフセット出力の変動や各圧電素子の温度による感度
の変動をなくし得る。

【００３３】次に、前記実施例の変形例について図５
（Ａ）を参照して説明する。上述した各位相角θa、θb
は、各数５及び数６から分かるとおり、角速度ωに対し
て非線形な特性をもつ。本明細書の従来技術にて述べた
振動型角速度検出装置の同期検波回路においては、振動
増幅電圧Ｖω1又はＶω2のみが整流回路により整流さ
れ、オフセット電圧ＶOFF はキャンセルされるため、整
流回路の整流出力の直線性が高い。従って、オフセット
電圧ＶOFF の位相変動が発生すると、誤差となるため、
オフセット電圧ＶOFFを小さくする検討がなされてい
た。

【００３４】しかし、前記実施例では同期検波回路５０
の排他的論理和回路５４による同期検波方法では、整流
回路等に依存するすることなく、数５や数６で示す位相
角のみを検出することとなるため、オフセット電圧ＶOF
F を積極的に発生させ、数５や数６におけるｔａｎ
^-1（Ｖω1／ＶOFF）やｔａｎ^-1（Ｖω2／ＶOFF）の項の
小さいところのみを使用することにより、角速度ωに対
する直線性を向上させることができる。かかる場合、非
直線性を１（％）に抑制するためには、（Ｖω1 ／ＶOF
F）及び（Ｖω2 ／ＶOFF）を０．２８未満とする必要が
ある。例えば、角速度ωの入力範囲を±５０（度／ｓｅ
ｃ）としたとき、ＶOFF を１７９（度／ｓｅｃ）に対応
する値よりも大きくすれば、非直線性を１（％）以下に
できる。このときの位相角θは１５．６（度）未満とな
る。

【００３５】しかして、かかる観点から本変形例を提案
するものである。この変形例においては、前記実施例に
て述べた両増幅器４１、５１とコンパレータ５２との間
にオフセット調整回路９０を接続したことにその構成上
の特徴がある。オフセット調整回路９０は増幅回路９１
を有しており、この増幅回路９１は、位相反転増幅器９
１ａと両抵抗９１ｂ、９１ｃにより、オフセット電圧Ｖ
OFF と同位相の増幅器４１からの振動参照電圧Ｖ1を位
相反転増幅し反転増幅電圧Ｖ10として出力する。また、
増幅回路９１は可変抵抗９１ｄを有しており、この可変
抵抗９１ｄは、増幅器４１からの増幅参照電圧Ｖ1と位
相反転増幅器９１ａからの反転増幅電圧Ｖ10との比を調
整し調整比電圧として出力する。

【００３６】また、オフセット調整回路９０は加算器９
２を有しており、この加算器９２は増幅器５１からの増
幅振動電圧と可変抵抗９１ｄからの調整比電圧とを加算
し加算電圧として発生する。増幅器９３は加算器９２か
らの加算電圧を増幅し加算増幅電圧Ｖ11としてコンパレ
ータ５２の非反転入力端子に付与する。このため、コン
パレータ５２は、前記実施例とは異なり増幅器９３から
の加算増幅電圧Ｖ11を接地レベルと比較して、比較電圧
として発生する。

【００３７】このように構成した本変形例において、位
相反転増幅器９１ａが増幅器４１からの増幅参照電圧Ｖ
1 を反転増幅電圧Ｖ10として出力すると、可変抵抗９１
ｄが増幅器４１からの増幅参照電圧Ｖ1 及び位相反転増
幅器９１ａからの反転増幅電圧Ｖ10に基づき調整比電圧
を発生し、加算器９２が増幅器５１からの増幅振動電圧
Ｖ4 及び可変抵抗９１ａからの調整比電圧に基づき加算
電圧を発生し、増幅器９３が加算器９２からの加算電圧
に基づき加算増幅電圧Ｖ11を発生し、かつコンパレータ
５２が増幅器９３からの加算増幅電圧Ｖ11を接地レベル
と比較して比較電圧Ｖ6 を発生する。かかる場合、上述
のように精度のよい直線性を確保しつつオフセット電圧
ＶOFF を積極的に発生させるので、排他的論理和回路５
４による排他的論理和処理を適正になし得る。その他の
作用効果は前記実施例と同様である。

【００３８】次に、前記実施例の他の変形例について図
５（Ｂ）を参照して説明すると、この他の変形例は前記
変形例と同様の観点から提案するものであるが、この他
の変形例においては、前記実施例にて述べた検出装置本
体Ｓにおける両振動片１２、２０ａの各板幅方向間のず
れ角が９０度よりも小さい角βとなるように振動片２０
ａを振動片１２から同軸的に延出させるとともに、両振
動片１３、２０ｂの各板幅方向間のずれ角が角度βとな
るように振動片２０ｂを振動片１３から同軸的に延出さ
せるようにしたことにその構成上の特徴がある。その他
の構成は前記実施例と同様である。

【００３９】このように構成した本変形例においては、
上述のようなずれ角βのもとに増幅器５１からの増幅振
動電圧Ｖ4中にオフセット電圧ＶOFFを積極的に含め得る
ので、排他的論理和回路５４の排他的論理和処理を前記
変形例と同様に適正に実現し得る。その他の作用効果は
前記実施例と同様である。

【００４０】なお、前記実施例においては、各駆動用圧
電素子１４ａ、１４ｂへの増幅器４３からの増幅移相電
圧Ｖ3 は正弦波波形を有していたが、これに限らず、検
出装置本体Ｓが一種のバンドパスフィルタとしての特性
をもっていることから、増幅移相電圧Ｖ3 を矩形波波形
を有するようにして実施してもよい。かかる場合、振動
振幅が両駆動用圧電素子１４ａ、１４ｂの特性に依存し
て温度等により変動することになるが、このような現象
は、本発明による同期検波回路の利用により有効に解消
し得る。

【００４１】また、本発明の実施にあたっては、検出装
置本体Ｓの各振動片を、角柱形状或いは三角柱形状等に
形成して実施してもよい。

【００４２】また、本発明の実施にあたっては、前記実
施例にて述べたディジタル処理後の排他的論理和処理等
の実施にあたっては、マイクロコンピュータ等の処理に
より実施してもよい。

【００４３】また、本発明の実施にあたっては、車両に
限ることなく、船舶、航空機その他各種移動体の角速度
の検出にあたり本発明を適用して実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図である。

【図２】図１の各主要素子の出力をベクトル表示した例
を示す説明図である。

【図３】図１の各主要素子中の一部の出力波形を示すタ
イムチャートである。

【図４】図１の各主要素子中の残余の素子の出力波形を
示すタイムチャートである。

【図５】前記実施例の一変形例を示す要部回路図及び前
記実施例の他の変形例を示す部分的平面図である。

【符号の説明】

Ｅ…信号処理回路、Ｓ…検出装置本体、１０…駆動素
子、１２、１３，２０ａ、２０ｂ…振動片、１４ａ、１
４ｂ、１５ａ、１５ｂ、３０ａ、３０ｂ…圧電素子、４
２…移相回路、５０…同期検波回路、５２、５３…コン
パレータ、５４…排他的論理和回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体の一部に振動可能に設けられた振動
   部材と、 同振動部材に固着されて同振動部材を一方向に振動させ
   るように駆動する駆動用圧電素子と、 前記振動部材に固着されて移動体の角速度に応じ前記振
   動部材に前記一方向と交差する方向に生ずる振動を検出
   し角速度振動検出信号を発生する検出用圧電素子と、 前記振動部材に固着されて前記検出用圧電素子と同一の
   特性を有し記振動部材の振動を検出し振動参照信号を発
   生する振動参照用圧電素子と、 前記振動参照信号の位相をほぼ９０度だけ移相するよう
   に制御し位相制御出力として前記駆動用圧電素子にこれ
   を駆動すべく付与する位相制御手段と、 前記移相制御出力に基づき前記角速度振動検出信号を同
   期検波して前記角速度を表す出力信号として発生する同
   期検波手段とからなる振動型角速度検出装置において、 前記移相制御出力をディジタル化処理する第１ディジタ
   ル化処理手段と、 前記角速度振動検出信号をディジタル化処理する第２デ
   ィジタル化処理手段と、 これら第１及び第２のディジタル化処理手段からの両デ
   ィジタル化処理出力の排他的論理和処理をし前記出力信
   号として発生する排他的論理和処理手段とにより、前記
   同期検波手段を構成するようにしたことを特徴とする振
   動型角速度検出装置。